TW511113B - Ion implantation with high brightness, low emittance ion source, acceleration-deceleration transport system and improved ion source construction - Google Patents

Ion implantation with high brightness, low emittance ion source, acceleration-deceleration transport system and improved ion source construction Download PDF

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Wade A Krull
George P Sacco Jr
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511113 A7 B7 五、發明說明（1 ) 發明領域 本發明係有關於離子源、離子佈植，本發明特別有關 於一種使用高亮度及低發射離子源之離子佈植、加減速運 輸系統和改良型離子源結構。 發明背景 下文所列之專利申請案係供參考，以詳述本發明之背 景：第60/267、260號暫時專利申請案於2001年2月7日於美 國提出申請，發明人湯馬斯·賀斯基(Thomas N· Horsky)，發 明名稱為用於離子佈植之離子源；第6〇/257、322號暫時專 利申請案於2000年12月19日於美國提出申請，發明人湯馬 斯·賀斯基，發明名稱為離子佈植；第US00/33786號PCT專 利申請案於2000年12月13日提出申請，發明人湯馬斯·賀斯 基，發明名稱為離子佈植離子源、系統與方法，以及於2000 年11月30日申請一案，其參考問見亦同。本發明係一美國 申請案，係於1999年12月13曰所申請之第60/170，473號暫 時專利申請案，目前已失效。 背景·離子佈梓 近二十年以來，離子佈植為半導體設備製造中之核心 科技，此外亦運用於當前電晶體p_n接面製造特別是互補金 屬氧化物半導體(CMOS)設備例如記憶體與邏輯晶片中。藉 著產生帶有雜質元素（例如，75As，"B，115m，31p，〇r121Sb) 的正電離子來製造電晶體例如矽基板。離子佈植機可選擇 性地同時控制導入電晶體結構能量（佈植深度）與離子流（劑 量）。離子佈植機一般使用離子源產生帶光束可長至約 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（21〇 χ 297公釐） (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 訂： ‘經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 511113 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（2 ) 50mm;光束移至基板過程中所需劑量與劑量均勻性係藉由 電磁掃瞄位於基板上的帶束(ribbon)，或藉由光束進行機械 式基板掃瞄，或二者同時進行。 隨著晶片製造技術進步到3〇〇mm-直徑尺寸之矽基板， 製造大型基板時如何利用傳統離子佈植機產生更大型帶束 以增加晶圓產率已成為一熱門課題。較低的延伸帶光束空 間電荷放大(space-charge放大）使更多的離子流能於佈植機 光束中遷移，因而大型帶光束能帶來更高的劑量率。許多 新型佈植機設計同時包括連續作用室（每次一晶圓），具有高 傾斜能力（tilt capability)(如可達與基板60度）。典型作法 係將離子束電磁掃瞄過晶圓，即機械式地垂直掃瞄，以確 保均勻性。為能滿足佈植劑量均勻性與規格重複的要求， 離子束之角位與空間位置需達高度均勻（如晶圓的光束角位 均勻性<1 deg)。具有這些特性光束的產生對於佈植機的光 束行進光學有諸多限制，大型發射電漿離子源的使用常導 致光束直徑與光束角位發散，使光束由於孔徑引起光束的 成虛像(vignetting)於行進中散失。目前連續佈植機於低能 量（<2keV)下產生強流離子束仍十分困難，例如在某些低能 量佈植（例如前-側邊CMOS製程中的源極與汲極結構），晶 圓產能極低。類似的遷移問題亦存在於批次佈植機中（製程 中將晶圓固定於轉盤上），特別是在低光束能的條件底下。 在光束行進光學設計幾乎可達零失誤的同時，光束特 徵（空間與角位發散）大多係由離子源之發射特性（亦即離 子汲取之光束特性能決定於離子由離子源發出後佈植機光 本紙張尺度顧巾@國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) #. --線_ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 511113 A7 B7 五、發明說明（3 ) 學能聚焦、控制光束的程度）。當前一般使用之輝光放電電 漿源其發射率不佳，因此與限制了離子佈植機產生聚焦能 力佳、精準、與易控制的離子束。 眢景介紹：離子佈植離子源 業界標準中使用之佈植機離子源為加強型伯納式離子 源（Enhanced伯納式source)。如第1圖所示，這是一種具 有反射結構之輝光放電離子源：一熱線（熱燈絲）陰極於 電離室（含雜質餽入氣體)發射熱離子電子其受一磁場限制， 於反陰極處反射，位於電離室的另一端。電子於陰極與反 陰極間以螺旋執道前進，並產生一高密度電漿（約1〇12離子 /cm2)。形成所謂的”電漿柱(plasma柱）”平行於離子汲取 孔徑狹孔，透過該汲取孔徑狹孔以光束形成光學系統汲取 離子。藉由產生高密度電漿與保持放電流約10A，加強型伯 納式離子源有效地解離鍵結緊密的分子種類例如BF3。然 而，此類離子源發射大多需經由下列電漿相關效應進行： 1) 電漿電壓（一般約5V)帶給離子一速度，而後汲取離 子角位分散漸增。 2) 在電漿内之離子與電子溫度可達10，〇〇〇 K，為其 帶來（1)中速度以外的一增溫速度（熱速度），同時並為離子 帶來一能量散佈約達eV(根據馬克思威爾波茲曼分布），使 光束顯現色散像差。 3) 電漿中離子間之庫倫散射帶來額外的離子能非溫 度擴散(non-themial Spread)。 4) 需要強汲取流密度控制過多離子（如例如BF3電漿中 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公f ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一dl_ .線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 511113 A7 ____B7 五、發明說明（4 ) 的BF+，BF2+，與P離子），〉及取時增加空間電荷力’增強發 射。 5) 需要〆強磁場，藉以操作輝光放電源，使光束偏斜 並增強汲取離子束發射’特別於低光束能條件底下。 6) 電聚中高頻率雜訊傳入晶方（die)光束為光束流與光 壓之高頻率變動。引起明顯穩定，甚或環繞於光束（藉由正 光壓的束缚）的低能電子的突然散失’使得隨時間而異之光 壓會使光束電漿電荷補償難以維繫，導致離子束之空間電 荷放大。 7) 離子汲取孔徑不能過度加大例如75mm即為一例 (一般長度為2〇mm與30mm之間），因為這會連帶使所需電漿 柱顯著增長。而倘若陰極與反陰極間距大，伯納式離子源 會開始變的不穩定，陰極與反陰極間距變大會使的輝光放 電流需求增強以維持電漿穩定，連帶使電力消耗增加。 背景介紹：離子減速 於傳統‘子佈植機設計中，能量低於數keV之低能硼的 傳輸效果不佳，使用低於〇」8micron製程半導體晶片製造 中，微弱的硼光束流成本效益極低。下一代的佈植機長期 研究以來，與近幾年來融合不同離子光學系統理論的設計 已進入設備市場中，試著解決此一低能量傳輸問題。為了 解決於低能量狀態下決定光束遷移之離子間的斥力，已研 發出一種稱為「減速(decel)」之方法使佈植機在較所需佈 植能更面的面能ϊ狀態下肥波取並遷移離子束’從而減輕 空間電荷效應、輝光放電的影響。與藉由於光束線後段至 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一0J· -線· 511113 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（5 ) 晶圓終端站前導入一減速期，於離子到達晶圓終端站時降 低離子能量至所需佈植能，例如，離子束汲取與遷移時為2 keV，到達晶圓前減速至500 eV，光束流較傳統無減速設計 中光束線受空間電荷光束限制狀態下更強。但是，使用此 減速方法卻會帶來另一個嚴重的問題，危及本方法的實用 性。當離子束通過減速透鏡到晶圓時，離子束的空間分伟 極不均勻，另外離子撞擊基板時的與晶圓表面間入射角範 圍太廣可能引起「穿隧效應」。減速光束的空間與角位劑 量均勻性較傳統，非減速離子佈植表現遜色許多，導致均 勻劑量難以達成，影響成本與產能之考量。由於離子佈植 機一般只從離子束中部分取樣在作用於晶圓平面前或後 側，因此極不均勻之離子束分佈同時也會影響到佈植劑量 學角度的準確達成。劑量學係用於控制佈植分佈在一期望 範圍中。劑量學之準確度問題發生在部分取樣加減速佈植 系統光束離子流時，過渡延伸與不均句分佈之光束離子流 會造成不準確的佈植，影響佈植系統資金成本，晶圓品質， 與系統產能。 另外，不同於其他曾提出之淺度、低能量佈植（但未用 於目前機台中）。無減速傳統佈植機若使用分子離子束（具有 所需雜質簇）則不需減速程序。十硼烷為此類分子材料之一 例0 晶片製造商當前正邁向300mm-直徑石夕基板製造互補金 屬氧化物半導體（CMOS)記憶體與邏輯晶片的方向前進，期 望新製程能以更具競爭力的成本取代2〇〇mtn基板製程。雖 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 言 Γ ί 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公f ) 511113 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 A7 五、發明說明（6 ) 然邁出此一步尚須建立新廠、購置新式半導體製造設備等 配合才能實現，除此外，此二因子更與晶方成本的降低息 息相關。數十億美元的設備購置經費所期望達成的是更低 成本的製程，以及商用與前-側邊（端ing-lateml)半導體晶片 之量產。成本降低代表了晶圓製造廠設備之晶圓產能單元 數值於300mm與200mm基板時須相同，在某種程度上是可 行的。然而利用離子佈植製造超淺（與超高密度）之半導體接 面，即便是最新型的加減速佈植機，仍然有晶圓產能限制 劑量率的問題，導致使用大尺寸晶圓製程時半導體晶方的 單位產率並無明顯增加。晶片製造商面臨的難題是：若要 設置更多的佈植機來補足減低之单位產率，進行佈植成本 的增加（更多的投入資本，更大的晶圓製造廠樓板面積雉護 費用等），使付藉由運用大晶圓尺寸使每單位晶方潛在成本 降低的想法事實上並不可行。 背景介紹：離子摻雜 過去十年中，超大型基板之離子佈植之佈植系統研發 使平面顯示器得以問世。這一類「離子摻雜」系統傳送長 帶離子束至玻璃或石英基板上，運用靜態離子束進行典型 機械式掃瞄以完成。例如用於一公尺尺寸的大型基板，離 子帶光束也必須依隨尺寸成長以保障摻雜程度均勻（一般需 寬於基板）。為了滿足這一點，必須採用大體積之「筒狀 離子源。長方形或柱形之筒狀離子源係由一排永久磁鐵二 圍成的一空間，藉由CUSp磁場以磁力將封住電漿。電裝由 一或多個RF天線所產生，其與]^]?電壓相連。大型直徑離子 10 本紙張尺度適用中國國家鮮（C^^i7i〇 X 297公髮「 (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) · -線. 五、發明說明（7 ) 源發出經過汲取透鏡形成一帶光束。 此規模之離子摻雜系統，並未使用質量分析（mass analysis)，筒狀源所製造之離子種類被遷移、佈植到基板上。 這產生了許多包括離子佈植深度，與過多佈植離子種類等 問題。此外，筒狀源大型電離容積特別容易產生沈澱。製 造商必須使用單種離子之離子摻雜系統以防止潛在介於11型 與P型雜質之間嚴重的交叉污染發生，也就是說製造商必須 購買某一針對p型雜質（勿如，來自乙硼烷氣體之硼）之設 汁设備，以及另一針對n型雜質（例如，來自磷化氫氣體之 磷之設計設備，導致設備資本倍增。不僅於此基板於兩種 系統中搬移使晶圓製造流程中基板暴露在空氣中的時間增 長’增加產品產出風險。 由上可知，習知筒狀（ticket)離子源技術具有下列限 制： (1) 單機接地面積大（長、寬、高）。 (2) 成本太高，設計太繁複。 (3) 大型外壁表面面積與大型之離子源體積導致B (來自 B2%餽入氣體）與1> (來自PA餽入氣體)散失至離子源外壁， 進而導致低離子產能。 (4) 在與（3)相關之離子源中會有因污染、微粒沈積所 引發之問題，使產能降低。 ' (5) 眾多產生過多離子佈植於基板上，使佈植製程控 制與設備效能劣化。例如，發生常於佈植硼時使用的口型雜 質電漿，便具有顯著的矿與^^·以及Β2Ηχ+***之現 π 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 511113 A7 -------— B7 —_ 五、發明說明这） ^ -- 象。 ’⑹由於傳送至基板之全體離子流必須低於某—限制 以免造成基板過熱，因此佈植流程中強H+離子流佈植（上述 (5)點之影響）會對可達成劑量率與產能造成限制。 發明概述： 卜本發明之目的在於提供一種藉由電離分子之氣體或蒸 汽沿一主軸產生高亮度離子束之離子佈植方法，該分子至 少包括一種可佈植種類。該方法有下列步驟：提供一具有 大小限制出口孔徑之電離室，於該電離室中提供一壓力使 該氣體或蒸汽之壓力更大於汲取區壓力，該汲取區係由電 離室中之離子被抽出後所進入之空間；利用主電子藉由電 子才里擊游離法’於電離室出口孔徑鄰近處電離該氣體或蒸 汽，於孔徑處產生離子密度至少係10H> cnr3，同時控制離子 橫向動能小於0·7 eV ;離子密度產生之孔徑鄰近處之電離容 積寬度，該寬度小於三倍之相對出口孔徑寬度；控制電離 至内條件以避免輝光放電（arc discharge)之發生；藉由一汲 取系統，將於電離室生成之離子經由出口孔徑由電離室汲 取至末端之汲取區；之後，利用離子束光學系統將該光束 遷移至一終端站表面；以及將送達之離子束佈植於終端站 上。 本發明之實施方式亦可統整下列一或多個更動特徵進 行。這些更動特徵為控制電離室内條件以避免電漿產生； 汲取時之離子束亮度約大於1 mA-cm-2-deg_2 X (E /EG)，E係 光束能、E0=10keV ;離子流密度至少係1 mA/cm2，甚至離 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — HI. I «------^---------^ I - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 川113
五、發明說明❸) 子質量係120amu的條件下，於汲取時光束之x_發射率（χ-發 射）小於70mm-mrad X (Ε0/Ε)1/2 (E係光束能、E0=10keV); 自出口孔徑汲取出之離子流光束雜訊控制在1%以下；電離 室中之任何磁場強度小於70gauss ;電離室中之任何磁場強 度小於20gauss ;電離室中不存在任何磁場；汲取區中之任 何磁場強度小於20gauss ;該氣體或蒸汽消耗控制在1〇 sccm 以下；該主電子係係一光束於該電離室外部產生藉由電子 光學系統導入電離室中；每一被電離分子分別包括至少二 種可佈植種類原子，或由至少二種可佈植種類原子所組成。 本發明之再一目的在於提供一種離子佈植方法包括有 步驟：沿一主軸產生高亮度離子束；提供一具有出口孔徑 之電離室；供給電離室氣體或蒸汽分子，其中每一被電離 分子分別包括至少二種可佈植種類原子，或由至少二種可 佈植種類原子所組成；電離該分子並利用由分子所形成之 離子在控制條件下產生一光束，該光束汲取時之離子束亮 度約大於1 mA-cnr2-deg-2 X (E /E〇)，其中E係光束能、£0-=1 OkeV，，於汲取時光束之X-發射率（x_發射）小於7〇mm-mrad X (Ε0/Ε)1/2 (E係光束能、E0=10keV)，之後，利用離子束光 學系統(ion beam光學系統）；利用離子束光學系統將該光 束遷移至一終端站表面；以及將送達之離子束佈植於終端 站上。 本發明之實施方式亦可統整下列一或多個特徵進行。 更動特徵為該分子係二聚物（dimer);該分子包括十侧烧 (decaborane);產生一具有低發散角位（l〇w angualr divergence) 13 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公t ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 纛 1T---------線· •經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 511113 A7 R7 五、發明說明（10 ) 之高亮度離子束使終端站與該主軸間所夾角度約小於1度； 送達之離子束佈植於終端站上之步驟係用於產生一高亮 度、低發散光束以形成一終端站上之電晶體結構之汲極擴 充區’其中該電晶體結構包括一源極(source)、一閘極(gate) 以及一汲極(drain);該終端站（gate)更包括一井區（weu)雜質 以及電晶體結構之閘極長度等於或小於〇·2〇 um，沒極擴充 與閘極相交於一側向（lateral)接面侧邊，汲極擴充之砷佈植 側向陡度（lateral陡度）小於或等於3 nm/decade，其中分佈側 向陡度之定義係於側向接面侧邊於一被佈植種類單位濃度 中所需完成 h進(decade)之侧向程度（lateral extent)，接面 側邊定義係被佈植離子與井區雜質單位濃度相同之區域； 該汲極擴充其侧向陡度小於或等於2 nm/decade ;高亮度、 低發散角位光束離子被佈植於閘極兩端之間以清楚定義出 閘極底下之通道；清楚定義出閘極底下之通道更包括清楚 定義出該通道之長度。大於〇·5 mA之離子電流之十硼烷離 子佈植於基板内來摻雜p-n接面（junction)，以便於產生晶 格破壞於石夕基板内，減低通道效應（channeling)(關於離 子沿著晶袼結構行進及進入距離之已知現象），來進行淺 佈植。 本發明之另一目的在於提供一種以低佈植能佈植終端 站基板之離子佈植系統，其包括一離子源產生分子離子（利 用具有適當原子簇種類之分子以進行佈植），一加速期用於 加速離子使該離子遷移能（transport能量）更大於適當佈植 能’一減速期在佈植終端站基板前降低離子能量至適當佈 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線丨—. *經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
511113 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（U ) 植能。 本發明之實施方式亦可統整下列一或多個更動特徵進 行。更動特徵為該離子源包括一電子搶產生具一定控制能 夏之電子束藉由直接電子撞擊游離法電離分子；該電子所 具能量約係20eV與500eV之間；位於電離室旁之該電子搶 發出電子束通過電離室至止光器（beam dump); —加長電離 至具有一相對加長狹孔汲取孔徑，於光束進入分析器 (analyzer)前，相對於對應汲取孔徑，孔徑後電子光學系統 係用於縮小組合光束(resultantbeam)之分佈長度；該電子光 子系統包括一光學放大鏡(telesc〇pe);該電離室汲取之孔徑 約為6 inch長；本發明之離子佈植系統可以批次操作方式而 °又，其中一組晶圓固定於一載具上往光束相對遷移光束影 響掃瞄之進行；本發明之離子佈植系統可以為一連續離子 佈植機。該離子源具有一氣化器與溫度氣化器之溫度控制 系統共同固定於一離子源電離室；該電離室電子搶與一電 子束朝向之止光器分別與電離室熱絕緣；結合電子束止光 器使與其餘的離子源熱隔離，該離子佈植系統包括控制電 離室溫度，該電離室之優點是固定於帶有冷卻質傳區之熱 傳送裝置上；該離子源係十硼烷源，該電子搶係用於提供 電子束能約介於50至1000 eV之間；該離子源係As2+離子源； 該離子源係P，離子源；該離子源係離子源；該離子源係 In/離子源；該離子源係Sb2+離子源； 本發明之另-目的在於提供-種運用任一種項根據本 發明之離子佈植系統以進行離子佈植方法。 本紙張尺度適”國國家標準（CNS)A4規格⑽x撕公爱
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本發明之另一目的在於提供一種以低佈植能佈植終端 站基板之離子佈植方法，包括產生分子離子（利用具有適當 原子簇種類之分子以進行佈植），加速離子使該離子遷移能 (transport energy)更大於適當佈植能，在佈植終端站基板前 降低離子能量至適當佈植能。 本發明之實施方式亦可統整下列一或多個更動特徵進 行。更動特徵為該離子係十硼烷；該離子係p2+離子源；該 離子係B/離子源；該離子係止，離子源；該離子係訃2+離子。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明之另一目的在於提供一種離子佈植系統包括： 一離子佈植機具有離子汲取系統；一離子源能以商用離子 流水平供給離子汲取系統所需離子，離子源包括一電離室 係壁面所包圍而形成内含一電離容積，其中一壁面決定汲 取孔徑之位置與長度寬度大小，以使汲取系統將該離子流 由電離容積汲取出來；一電子槍其設置大小位置與電離室 相配合，用於沿電離室主軸以發射一主電子方向光束；一 止光器與電子搶並置以接收方向光束，止光器維持一相對 於電子搶發射極電壓之正電壓，該主電子光束路主徑軸延 伸方向大約於孔徑鄰近，電子束方向與對應於汲取孔徑寬 度方向同向，電子束大小約等於或大於孔徑寬度。 本發明之實施方式亦可統整下列一或多個更動特徵進 行。最好是該系統包括兩種離子源，一種為^形離子摻雜， 另一種為p形離子摻雜，兩種離子源相鄰定位如像是固定在 雙柵汲取光學系統上，從任何一種離子源產生一帶離子束 佈植於平面的基板。更動特徵為包該離子佈植系統更包括 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 16 A7 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（13 ) ^ 氣化器以引入氣體進入電離容積中，一氣體通道將氣體 進入電離容積中以及一控制系統用於控制主電子能量，藉 ，電子搶主電子之主撞擊以電離個別氣體或蒸汽分子；該 氣體包括十硼燒，提供形成離子為帶離子束（ribb〇I1 beam) 之方法；該帶光束短於離子汲取孔徑長度；該帶光束長於 離子沒取孔徑；該帶光束約等於離子汲取孔徑長度；該孔 徑長度至少等於終端站基板之長度或寬度。 本發明之另一目的在於提供一種照射照射預設大小之 延伸平面的方法，其包括藉由申請專利範圍第46-53項中任 一項之離子佈植系統產生一帶離子束，以及將帶離子束導 向延伸平面表面。 本發明之實施方式亦可統整下列一或多個更動特徵進 行更動特徵為該延伸平面係一面板(flat面板），該方法包 括徹底照射全面板表面；該產生之帶離子束為靜態，面板 之離子摻雜係藉由機械式光束掃瞄完成；該帶光束之長度 長於面板基板垂直掃瞄方向長度。兩種離子源並列固定， 如η形或p形中之任何一種摻雜離子束都可經由排列在並列 離子源之没取孔徑對面之雙栅汲取光學系統上指向面板。 重_子-離子佈植運用糸東離手瀛之優點 從某一層面而言，本發明減低了上述傳統離子佈植源 問題的影響。揭露之本發明具有下列特點，其形成之特低 發射離子源，特別適用下一代離子佈植機之需求： 1) 由於不使用電漿，因此沒有電裝電壓的問題。 2) 離子密度低（約i〇iicm·2或更低），降低離子間之庫
本紙張尺度適財關‘標芈（CNS)A4規格（21〇 511113 A7 B7 五、發明說明（14 ) 倫散射，並連帶降低離子能量分佈至一可忽略程度。 3) 氣體分子藉由直接電子撞擊游離法電離之，形成之 〜」離子，即具有與中性氣體分子所含低熱能如小於〇. 7 類似< leV。這使彳于離子源具備高單色散特性，與並使汲取 離子束具有低角位發散之特性。 4) 藉由調整電子撞擊能量，可產生高比例之雜質離 子，縮減空間電荷效應。 5) 分子離子其一般在輝光放電中解離的特性得以保 留。例如使用磷化氫（PH3)飽入氣體時，大多可電離成PH/ 離子（可達50%汲取流）。力一例中，十硼烷（Bi〇H4)的離子 化達成B1GHX+比例則更高（>7〇%)。此特點對於在低能量的條 件下（< IkeV),佈植硼離子十分關鍵，同時也對於提高硼佈 植劑量率影響顯著。電漿離子源如加強型伯納式離子源等 因為電漿效應與升高的外壁溫度所引起之解離導致十硼烷 線 分子的散失，使得加強型伯納式離子源並無法產生十硼烷 離子。 6) 無須磁場。 ' 7) 藉由光束電漿中低能電子形成高度空間電荷補償， 使原輝光放電源中存在高頻率雜訊消失。 智 慧 財 局 員 X 消 費 合 作 社 印 製 8) 離子汲取孔徑尺寸介於可量度範圍内分佈在12〇1111 到300mm間或更大。可因此產生更大的汲取流，並更符合 新一代離子佈植機之設計。事實上此一離子佈植機設計特 點是先前之離子源設計所不能達成的。 也座逮離子佈赭之蜃ft 本紙張尺度適用中國國家標準（cns)A4規格咖X撕公爱 18 、發明說明（15 ) 本發明提供了一技術藉由嶄新結合加減速離子佈植與 多種分子佈植離子種類的方式，可大幅加強低能光束流並 有助產生更高的品質的低能量離子佈植與更高產能。藉由 此一結合，前述長久以來存在於加減速離子佈植系統不均 勻性與劑量學問題得以解決。 於本發明之分子離子佈植系統中，離子束係由包括多 種所需雜質原子（例如，B，As，p，Sb，〇r In)之化合物所 形成，以產生比傳統單體（如單原子）離子佈植具有更高效 劑量率與更淺深度之佈植。例如低能硼佈植可改良為將原 來佈植單體離子之離子流強度][、能量條件改為新式 作法的佈植十硼烷分子離子biqHx+離子流強度〇1〇 χ I、能 量為10 X Ε。延伸此例，我們可以將5 kev，lmAB1()Hx+離子 束以可達成同等功效的500 eV，lOmAB4離子束。來取代。 兩種方法所得到的佈植深度與雜質濃度（劑量）結果顯示相 當’但十硼烷佈植之方式優點較多。由於十硼烷離子之遷 移能(mass X velocity2)係同等劑量硼離子之十倍，而所得離 子流為硼離子流之十分之一，與單體硼佈植相較，其造成 光束放大與光束散失之空間電荷力量更小。另同上所述， 此方法之用意在於增加傳統（即非減速）離子佈植機之有效硼 劑量率。另一方面來說，本方法的另一個貢獻在於為加減 速離子佈植特定分子（叢）離子的運用開發出其他更多之優 點。 根據本發明之一實施例，加減速離子佈植機使用十硼 烷離子可得比習知方式更高之有效硼劑量率，避免長久以 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 五、發^ ^~— 來存在於佈植前單體硼離子減速作用於晶圓上的光束分佈 縮i的問題。根據本發明，其他分子雜質亦可達成相同功 效。促成改良的特點詳述於以下各段中。 我們瞭解空間電荷效應會對傳統（即非減速）離子束佈植 機之初始離子沒取階段以及光束遷移階段光束流之取得造 成限制。離子沒取階段中，分子佈植所達成的改良特點= I藉由針對木爾-藍穆爾限制（Child-Langmuir· limit) k ，就是藉由離子佈植機之没取光學系統可得之最)=電 荷限制離子流密度’來加以證明。雖然此一限制某種程度
上決定於佈植機光學系統設計，但下列分析仍可有效說明 上述特點： W ⑴ JmaX=^72(Q/A)U2U2/3d^2 其中Jmax單位mA/cm2，0係離子電荷狀態，乂係離子 質量單位amu，[/係汲取電壓單位in kv，與^係間隙寬 單位cm。實作中，藉由離子佈植機所用之靜電汲取光學系 ; 統可求得此限制。擴充方程式（1)巾，」係用於表示相對於 單體佈植，空間電荷限制於分子佈植的該改善程度，其可 表示為： ' (2) Δ 乂係劑量率（原子s/s)相對改良程度，改良後條件為分子 佈植、化合物質量mn、所需雜質原子”、加速電壓％，改良 前條件為單體佈植、原子量m、加速電壓。。此比較中汉可 調整為與早體佈植佈植至基板相同深度之條件，方程式（2) 可簡化為： 本紙張尺度綱+酬家標準(CNS)A4規格（21G X 297公釐了
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五、發明說明（17 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (^) Δ -η2 〇 因此’藉由傳統（非減速）系統之離子汲取中將硼代換 為十硼烷，劑量率可藉此增為100倍。 我發現加減速離子佈植系統之減速期以及汲取期之汲 取光學系統操作間有一定之相似程度；兩者皆運用短距離 強聚焦區。還發現方程式（1)具有一於減速期可有效比較分 子離子及單體離子兩者效能表現。因此，我瞭解到方程式（3) 亦可用於評估減速期。此種分析模式可以比較出，儘管有 上述顯著的不均勻性與劑量學問題，傳統加減速佈植機以 佈植能500 eV可傳送硼單體2mA到晶圓；然而利用加減速 離子佈植機以十硼烷(B1GHX+)取代硼單體，經由上述本人相 關本發明之參考專利所揭露之技術中，同樣之劑量率在改 良方法中達成條件僅需以5 keV佈植0.2mA十硼烷。藉由於 減速期降低空間電荷之敏感度到某一程度，減速而發生之 光束分佈不僅隨之縮減，更者減速系統之佈植均勻性，角 位完整性，與劑量學亦大幅提高。 這種新式之加速/分子離子組合(加減速離子佈植，運用 分子光束（叢）離子）可用於提升低能硼劑量率至前所未有之 水平。舉例而言，以20 keV 、3mA十硼烷，減速十硼燒離 子至5 keV (4: 1減速）以500eV佈植能達成劑量率高達3〇mA 的成果便是過去所難以想像的！高硼劑量率使得高劑量佈 植例如PMOS離子源/汲極之機械產能限制可提升至2〇〇晶圓 每小時(200 WPH)之多，即使在300mm-直徑基板製程下（一 參考數值為2mA之傳統硼在劑量8E14條件下可產生晶圓產 (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁)
I -H ϋ ϋ
n ϋ n I 本紙張尺度適用中關家標準（CNS)A4 ^格⑵0 x挪公爱了 21 511113 五、發明說明（18 ) 能約25 WPH)。於後文將提及此類強光束流同時也可用於 超淺接面形成的關鍵流程中。 此加減速系統也可應用於二聚體佈植。使用上述本人 相關本發明之參考專利所揭露之高產能之氣化與電離技 術，含二聚體之離子束（先前視為不適用之離子佈植源），與 他種雜質種類並用可達成上述功效。例如，As2+ , p2+，B /，' In/、或Sb/ can be形成，與經由減速期方程式預^， 此技術可產生4倍之減速光束，提升以同前述方式達成最大 值劑量率、不均勻性降低、可解決劑量學之十硼烷佈植。下 表la為係適用於本發明之二聚體佈植材料。 表la
340 固體 熔點（deg C) 氣體 b2h6
In2(S04)3 ΧΗ20 250
In2 固體 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 380
Sb. 固體
Sb2〇5 根據本系統與方法系統，二聚體化合物在低於其炫為 之溫度氣化，該蒸汽藉由寬幅電子束撞擊動作被電離以傳 送該氣體。 揭露之十硼烷之加減速佈植系統為半導體製造開其了 在新種製程。本發明所提供的另一特點為藉由利用上述之 本紙張尺錢財_家標準（CNS)A4ik⑽-¾ 22 511113 A7 B7 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 五、發明說明《9 ) 組合式減速/分子離子方法與系統之流程，減少許多佈植流 程中之昂貴步驟、或減少其花費成本，或提升其佈植品質。 例如’此糸統可用於快速暫態擴散（Transient enhanced 擴散，TED)改良。CMOS製造中，產生超淺p_n接面時，需 特別注意PMOS離子源/没極（S/D)結構之製造步驟。硼是唯 一的p型雜質具有夠高之固體溶解度、必須之電導能力來形 成S/D結構；然而晶圓製程所必經之激化循環中，硼在矽基 板上擴散很快。此一不規則硼擴散，稱為快速暫態擴散 (TED)，為一限制因子’特別對於是p-n接面陡度而言。佈 植製程中，一般相信TED可藉由破壞石夕結構來調節（負面增 強之方式）。 前-側邊形成中，超淺半導體晶片設備之製造商期望能 達到利用低能量（sub-keV)之硼佈植來形成極淺類_佈植硼分 佈，如此一來再藉由TED以訂出激化分佈。為了減低TED， 一低溫退火尖狀物（用於快速熱退火（rapid熱annealing)或稱 RTA)連同sub_keV佈植可用於製造更淺之ρ·η接面。由於ted 為低溫時激化後決定分佈之關鍵，近來有人認為為達成激 化p-n深度接面最小化，500eV或許是硼佈植能的最低有效 之能量硼佈植來。然而，我卻認為此一假定於製造實務中 缺乏佐證。隨著硼佈植深度減小、TED效應更亦隨之線性 比例減小。此一TED「淺化」效應來自於暴露之矽表面作 為「池」或是結托者（getter)，用於造成TED之瑕疵，以使 佈植能更淺，TED效應減小。 由於晶圓產能於500eV硼佈植時，即使是減速離子佈植 23
(請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線！ r— I - -I ϋ I n ϋ n I n n ϋ .1 ϋ _ 511113 A7 B7 五、發明說明) 機，其效能遠低於機台本身極限。由於降低佈植能至低於 500eV以下會導致晶圓產能急遽下降，因此製造中傳統硼佈 植並不會採用低於500eV之條件。在300mm製程建造新晶圓 廠與購置設備投入大量資金等前提下，更不能承受低溫帶 來的產能縮減影響。 然而，藉由運用新型系統與方法，利用「淺化」方式 解決TED問題，商業要求之超淺佈植產能可得以達成。此 外’尚可延伸至處理與佈植之密度與效能相關之新品保計 晝’以及使體積能更縮小方向前進。 揭露之加減速系統亦可以應用於先行-非結晶化層面， 為協助限制類-佈植硼分佈（as-implanted boron profile)之深 度’於堋佈植前一般先進行先行-非結晶化（結晶晶格破壞） 佈植以限制通遂（channeling)的發生，並因而增加類-佈植深 度分佈。非結晶化係透過高量鍺或矽光束佈植完成。不但 所費甚高同時也導致超淺p-n接面製造複雜化。 藉由上述加減速設備與簇分子雜質之應用，我認知到 這一方面的問題可藉由本發明加以改善。換句話說，本發 明所提供的不僅只有硼劑量率、更淺之佈植與效能得以改 進’另外此分子佈植系統損傷特點亦可用於減低昂貴的Ge 或Si先行_非結晶化佈植步驟需求。矽表面撞擊時由於非彈 性才里擊’高密度離子藥例如十棚炫會對結晶結構造成損傷。 採用尚劑量率（根據本發明，例如介於.5至3mA間之十蝴 烧）’所得損傷分佈可降低或取代先行-非結晶化佈植，減少 製程中此一昂貴步驟之所需費用。 24 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 馨· 訂---------線丨- 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 本紙張尺度適財規格（210 X 297公釐） 511113 *經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明) 因此，加減速系統運用硼佈植可達成高晶圓產能，如 十硼烧離子可用於200mm以及300mm基板製程中，能量使 用可低至l〇〇eV。由於TED效應於極低佈植能量時會受到進 一步抑制，因此極低溫狀態下可製造出前所未有更淺的p_n 接面。 藉由電子-撞擊電離分子產生分子離子，可運用熱敏感 之離子源材料特別是固體十烧與以上曾提及之二聚體。 藉由運用寬電子束導向與大幅延長之没取孔徑平行方 向，同時運用望遠光學系統，可減小進入分析器之光束線 之光束尺寸。 本發明成果為： 1) 高效率删佈植晶圓產能，就200mm與300mm晶圓而 言其十硼烷離子佈植能介於100ev與IkeV之間； 2) 藉由使用高劑量率之十硼烷(如每秒2xl015至2xl〇16十 硼烷離子），所產生結晶結構損傷省卻昂貴的先行-非結晶化 (pre-amorphization)佈植步驟； 3) 藉由超低佈植能（約介IkeV與5 keV間之十硼烷能 量，等同於100eV與500eV間之硼能量）、超淺接面，降低TED 之激化硼分佈之寬化。 4) 藉由運用其他簇分子，包括新式二聚體材料，於其 他佈植種類配合亦可達成同樣良妤成果。 因此，步驟更少、成本大幅減低、p-n接面更淺密度更 高，效能表現較習知表現更佳。 用於離子接雜之電子·光東離子濂之優裂 25 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） * n ϋ n n 1 I n n n 1 1 ·1 I * n n ^ ϋ ^ ϋ n n I* n n *1 I I I «I n ϋ n I n n n n 1 n n n n n ϋ n ^ I (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 511113 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明h ) " -- 本發明可於離子摻雜系統中取代上述之筒狀離子源。 本發明揭露之離子摻雜系統其優點如下： (υ單機接地面積小—電子_光束離子源係一小型體積 離子源可單向延長至所需帶光束之長度。 、 (2) 成本降低一基於其體積小與擴充性之特性，本發明 相較習知下更簡易、更經濟。 (3) 间效旎一由於體積、表面面積更小，相較習知下所 需離子散失於電離容積外壁更少。 (4) 改良流程控制一可產生高比例之所需離子、可降低 沈澱（一開始所需用於產生離子束流之離子隨之減少）。由於 所需雜質離子之生產效率提高，佈植離子流程更佳。這是 由於電子-光束離子源與所需離子產生之主要部分離子時， 佈植分佈與劑量準確相較於習知下有顯著提升的結果。 (5) 產能提升一本發明基於可較習知產生更大雜質離子 流因此可提升產能。 (6) 軟電離一本發明提供有效分子離子如十硼烧生產， 十硼烷具有例如在乙硼烷離子之摻雜應用之產能、效能方 面之顯著優點。 佔地小的單機接地面積與簡化設計使得設備成本更 低’所需樓增面積更小，產能更高，同時本發明更使得單 離子摻雜系統可配備兩種離子源，一種用於P型雜質，另一 種用於η型雜質。利用簡易的雙狹缝光學系統，離子摻雜 系統可切換於兩種離子源間同時處理多片基板。不僅節省 了原需兩套設計繁複設備的費用成本，減半所需樓層面積， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公釐）
— ^ — ----- 訂---------線！ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 511113 員 製 A7 B7 五、發明說明) 更降低了習知離子摻雜系統所具有之產能風險。 囷式之簡單說明： 第1圖係習知離子佈植之離子源之示意圖。 第2圖係根據第1圖中離子佈植之離子源之部分放大示 意圖。 第3圖係根據本發明之離子佈植源透視圖，本圖係以橫 切圖方式由該離子佈植源之中心橫切，藉以表軸部構造。 第4圖係根據第3圖之離子佈植之離子源中電離室之放 大透視圖。 第4a圖係根據第4圖中所示其根據第3圖之較佳實施例 所用之離子佈植源中電子光學系統之示意圖。 第5圖係供電·圖示意圖，該電力用於提供第3圖之 離子佈植之離子源。 第6a圖、第6b圖係分別為根據本發明之灕子佈植之離 子源中電離室之側部剖面與頂部剖面示意圖。 第7a圖、第7b圖係-裝置之透視圖與水平剖面圖，該 裝置可改進第6圖電離室之電子束焦距之裝置之透視圖與水 平剖面圖。 第7c圖係表示第7a圖、第7b圖中之該裝置之空間幾何 關係示意圖。 第8圖係表示-透視圖’圖中之近似第3圖之離子佈植 源將第7a圖、第7b圖中該裝置整合入離子佈植源其中。 第9圖係根據本發明之電離室另一例之水平剖面示意 圖。 __ 本紙張尺度適用中關家標準χ挪公爱厂 訂 線 113 5 修正日和钤丨肩·1甶 j 90Π 4290號專利說明書修正頁 五、發明說明（24) _ 〃第1G圖係表示第9圖之電離室之剖面圖，圖中之 第3圖之離子佈植源將整合人離子佈植源其中。 第11圖係離子佈植之概略示意圖。 ，12圖係離子源發射離子束之概略示意圖。 第13圖係離子佈植概略示意圖，該離子佈植形成一汲 極擴充鄰近於一標的基板上之閘極。 /弟14a圖係一概略示意圖，圖中之閘極側邊與沒極擴充 層係藉由碟摻雜石夕基板進行硼離子佈植以形成，而第Η圖 b係沿第14a圖之AA之硼與磷離子濃度之對數圖。 第15圖係一曲線圖，以函數曲線表示不同離子標的入 射角之離子佈植之離子佈植能與側向散亂預測間之關係。 第16a圖、第16b圖係示意圖，分別表示於一般入射與 具7 =egree非平行入射角時之離子佈植之側向散亂預測;、 第17圖與第4圖近似之裝置側視圖，係表示一另一根 據本發明之離子佈植源以產生延伸帶光束。 第18a圖係一根據本發明之雙離子源系統之透視圖，用 於單離子摻雜裝置中以佈植η型雜質與p型雜質。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第18b圖係第18a圖所示離子源佈植離子於一面板基板 之透視圖。 第19圖係一面板顯示器用之摻雜裝置之透視圖，其中 包括第18a圖所示之 設計。 第19a圖係一圖式表示十硼烷之裂面。 第20圖係一加減速離子佈植系統之側視剖面圖，該加 減速離子佈植系統具有一固定光束線，晶圓係位於一轉盤。 2 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格⑽X 297公爱） 511113
、發明說明匕 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第21圖係一種離子源適用於十硼烷等之側視圖，該離 子源改良併入如第20圖所示之傳統加減速離子佈植系統外殼。 第22圖係另種離子源適用於十侧统等之側視圖，，其 特徵在於可延伸汲取孔徑以產生一具有延伸剖面之初始離 子光束； 第23圖係垂直剖面圖，係表示一可利用磁力限制電子 束通過電離室之離子源； 第24圖係電離室之汲取離子光束之延伸剖面之離子光學示意圖。 第25圖係根據本發明之透鏡與透鏡固定架未說明比例 組合立體圖。 第2 6圖係第2 7圖之根據本發明之電子搶之未說明比例 剖面立體圖。 第27圖係根據本發明之電子搶之未封口立體圖。符號說明： a、35、548離子源 c雜質氣體餽入 e、f雙氣化爐 h陰極 j斥拒電極 k、1、41、526氣化器餽入管 m、η加壓器 Ρ放電電源 D強放電離子流 Β磁場 29 b、36固定凸邊 d輝光放電室 g崔呂區 I均勻磁場 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 0. 訂i丨！ I!線！ F— I - -I Λ— ϋ 1· ϋ 1 1 n I ϋ ϋ 1 _ 511113
五、發明說明（26) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1砍晶0 2離子束 4非平行離子 5深度分佈 6發射範圍 7散亂度 8發射 9離子源 10、630、640、660光束 11發散 12閘極氧化極 13閘極電極 14閘極側邊 15汲極延伸 16閘極電極 17 A-A 18硼濃度 19對數比例 20 η型掺雜濃度 21接面側邊 26水冷通道 27氣體冷卻通道 28外部氣化器 28a底盤裝置 29餽入材料 30氣化器本體 30a氣化器組合 31坩堝 而 34坩堝·氣化器本體’丨 32傳導通道 34a堝篩 34b外蓋 39内徑 42電子搶 44、175 、175’、240電離室 45、45f、174、174，，、 544孔徑 46離子汲取孔徑狹孔 47電子束出口孔徑 50氣化材料 70、250、536’止光器 74狹孔 80、260離子汲取孔徑 90磁鐵線圈 100、110加熱閘極閥 125電子束 130水冷固定器 30 -----------ΙΛΙ--------------- 511113 五、發明說明幻） •經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 143 143’ 陰極 145光束成型電極 144汲取器 145,、147,、153、152、 15(Τ、1521 透鏡 147第一陰極 149聚焦電極 150 150’第二陰極 170 170 ’長燈絲 171燈絲芯 172 DC電源 173帶電子束 176離子汲取孔徑長度 177離子没取孔徑板 178光束成型電極 179柵狀電極 190真空傳導 200三級真空管 210環形電子束 220局溫氣化器 225蒸氣導管 235電子束 270帶離子束 300透鏡組件 310固定器 320陰極組合 330第一陰極 340聚焦電極 350出口透鏡 360外殼 360a底邊 370固定器 380餽入管 390彈簧 395陶製固定器板 400銘棒 410鋁製間隔器 500加長電離室 510加長離子汲取孔徑 516’電離容積 520汲取透鏡 528低溫氣化器 530光束路徑 540、543分析器磁鐵 545轉盤 553、557電極 555基板 31 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 0: 訂------I!線！ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 M1113 A7 — 11 --.......—B7 五、發明說明仏） 587鏡子 600雙離子源系統 610雙-狹縫汲取光學系統 650、690面板 670掃瞄台 680方向 7〇〇真空盒 710作用室 實施例： 下文為本說明書中所使用名詞與其定義。 橫向動能炻Γ):往光束傳播方向即汲取區方向之動能 值。= ，其中Vr係垂直光束方向之速度。 光束雜訊(Λ9 ··光束流密度相對於平均光束流比率之波 動，一般大於頻率值100Hz。 發射（s) ·總發射e係二種發射乘積，ε = f f y，於 垂直置放之狹孔透鏡中，係水平方向（沿狹孔寬度）發 射、係垂直方向發射。不論用於任一種透鏡結構，^^與 皆依光束傳播方向之水平、垂直定義。另一發射因子e， 定義如下·· ay，其中 κ=(Ε0/Ε)1/2,其中e係光束能以及EQ=1〇kev; 與ay分別為往x-與y-方向之光束發散半角（half_角度 s); 而Δχ和Ay分別為\_與7_方向之光束大小，與發射變數 在沿著傳播方向相同2>位置測量，其至少包括7〇%的光束 。發射值e表不单位為或cm-dego 兜度(B) ·· β係束流/除以總光束發射·· β = j/ x y 電漿之定義為一區域包括電離容積電性大約相當，由 «III. — · I 1 藤 I I I I ---I I I I I I I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -—-I ϋ― 32
511113 A7 " ^ -----—------ 五、發明說明69 ) 於該電離容積離子價數密度大約相等。 離子佈植源 請參考圖式’第1圖與第2圖中表示一離子佈植中所使 用之傳統離子源。加強型伯納式離子源一般適用強離子流、 高能量、與中型離子流之離子佈植機。離子源&藉由固定凸 邊b (mounting flange b)固定於離子佈植機之真空系統，同 B夺具有-真空餽入官，其用於冷卻水、熱電偶、雜質氣體 魏入、A冷卻氣體、與t源。雜質氣體餽入〇將氣體魏入輝 光放電室d中，其中該氣體已經電離。另配有一雙氣化爐^ f，其中固體餽入材料例如As，Sb203、與p可為翁化壯能。 氣化爐、氣體餽入與冷卻管線位於一機械鋁區§中。水J之 作用在於控制氣化器、鋁區g溫度驟增，其約介於l〇〇C與 800C間運作，同使也可抵銷離子源作用時輝光放電室d產生 之輻射熱。輝光放電室d以隔熱方式固定在銘區§上。本離 子源係輝光放電離子源，於熱燈絲陰極匕與内壁輝光放電 室d間藉由維持連續之輝光放電。由於輝光放電一般散熱大 於3’，與輝光放電室d只以輕射散發熱量，因此輝光放 電室操作時溫度可高達800C。 導入輝光放電室d之氣體之電離係於陰極^與輝光放電 室d之間玫電，經電子流撞擊或輝光放電方式產生 電離效率，如第2圖所示，需藉由外部磁鐵線圈9〇沿著一= 極h與-反陰極y間之軸線建立—均勻磁斯，以限制輝光: 反陰極或斥拒電極j(repellerelect滅j)(位輝光 至内相對於陰極h)其與陰極h所擁有電壓相同，用於 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線！ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 33 511113 A7
.經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明6〇 ) 將受到磁場i限制之輝光放電電子來回反射回陰勤與反陰 極j之間。*限電子軌道為螺旋狀，於陰 ::成-圓形電一圖表示一電子於陰極與反反= 能發生之軌道，由於磁場B限制該軌道亦為螺旋狀。電漿柱 内之電漿密度極高，可高達1〇12級數每立方公分；引發電製 枉内中I*生與電離部分組成藉由電***換作用持續電離，產 生強流=度之及取離子。陰極h可為熱燈絲或間接加熱陰 極，其受外接電源加熱時會發射出熱發射電子。陰極與反 陰極之電壓為、，介於6GV與15GV間，但低於電離室d之電 壓 法了以取得強放電離子流D約1 〇 A。一旦開啟輝 光放電電，灸電默會形成-鞠（sheath)於陰極h表面（陰極h在 輝光放電室内因此會與形成電漿接觸）。此勒具有-強電場 可有效波取輝光放電中之熱離子電子流；高放電離子流因 此可藉由此方法產生。 放電電源P於輝光放電室所散熱為？ = D Ve，約數百 watts除藉由輝光放電散熱外，熱陰極卜同時也會將熱能 輻射至輝光玫電室d外壁。因此，對於雜質電漿而言，輝光 放電至峨供了〜極高溫度之環境。尚且，與一低溫環境相 車义下藉由增加輝光放電室4氣體壓力，與降低雜質在沈澱 於炙熱外壁上， 可更進一步提高電離效率 若使用固體源氣化 器爐e或f，氣化材料餽入經由氣化 器餽入e 進入輝光放電室d與加壓器爪與打。加壓器之功料擴散進入輝光放電^，其溫度與輝光放電室dU#同。氣化器傳人輝光放電室之熱容量使氣化器 丨X 297公釐） I .1 Ί I 1 I- · ---1------^---------^ I IAWI (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 34 511113 A7 -----~— B7 ___ 五、發明說明（31 ) 不成為提供固體餽入材料熱量來源，而能保持在等或小於 iooc。因此，只有固體雜質媿入材料於>1〇〇c溫度氣化與 >800C溫度分解者（伯納式離子源標準外壁溫度）能藉由此方 法被氣化導入放電室中。 第3圖係根據本發明之一較佳實施例，相關係節亦揭露 於上述相關專利申請案中，第3圖為沿離子源中央軸線切開 之剖面圖，詳示其内部構件。外部氣化器28包括氣化器本 體30與坩堝31，其中固體離子源餽入材料29如十硼烷位於 其中。電阻加熱器嵌於氣化器本體3〇中，與水冷通道26與 對流氣體冷卻通道27與氣化器本體30緊密接觸，為提供坩 堝31—高於室溫之均勻操作溫度。加壓氣體經由氣體傀入 管41進入坩堝_氣化器本體介面34,為坩堝31與溫控氣化器 本體30間之熱傳導，此外同時經由熱電偶監看氣化器外殼 溫度。氣化十硼烷或其他氣化材料50經氣化器出口通道 39、加熱閘極閥1〇〇與110、傳導通道32進入電離室44。離 子源固定凸邊36與離子源區35同時也受到溫度控制使其接 近或大於氣化器溫度。 離子源氣體傳輸系統包括二條導管將二分離離子源餽 入電離室。第一條導管直徑較小，係一低傳導路徑與加壓 氣體離子源相連，例如一氣體柱。第二條導管來自一高傳 導途徑與一低溫度可氣化固體材料之氣化器相連。不論離 子源為何，氣體傳輸系統之電離室内氣體濃度需保持在數 millitorr。氣化器需保持嚴格的與固體材料接觸之表面溫度 控制，以維持電離室中穩定氣體濃度。 本紙張尺度適財關規格⑽Χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) »· 訂--------線丨 •經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（32 ) 一加熱與冷卻本體30 背後之底盤28可打開 參考第3圖，氣化器組合3〇a包括 與一移動式坩堝34。藉由移動氣化器 該坩堝。 一旦掛禍由氣化轉除，藉由移動以雜塑料連结於 掛禍末端之外蓋34b，與打開内含固體29之禍筛（㈣印如，、 可重新將坩堝充電。 坩螞充電安裝回本體後，位於本體前端之内徑㈣辦 以氣封住1㈣為氣化㈣之出π。介㈣_本體間 的機械連結需十分精確以確㈣龍度均勾度。其間隙需 以氣體(冷卻氣體)填滿讀進二表面間之熱傳遞。冷卻氣體 經底盤裝置28a充滿於間隙中。 溫度控制係藉由嵌於本體之電阻組件PID封閉線圈控制 進行。本體材料具有高溫度傳導性可維持溫度均勻性。一 小型熱浪器（thermal leak)裝置於本體中以藉由外部空氣通 道控，系統溫度^氣通道27流經氣化器本體，為多塊外 板覆蓋（圖中未示）。空氣導人系統通道中，與氣化器底㈣ 相連結提供對流冷卻。氣通過流量控制用之儀表閥後流入 入口，而後從組合中所排出之空氣最後流人外殼排氣管。 除空氣冷卻外，液態冷卻也用於氣化器本體。冷媒於 一 Ι-meter長6mm直徑内徑管中來回環繞本體，利用裝置固 定於本體端口 26。液態冷卻可使氣化器組合快速冷卻提供 短時間之冷卻並能置換固體種類。 參考第4圖’兩者藉由流經導管人介面％之加壓氣體， 於電離室44與區35之間建立良好熱傳導。氣體材料，例如 本紙張尺度適用rmmm^(cm)Arw^r〇 x 297公釐 ) 36 511113 \ A7 B7 五、發明說明（33 ) 氣體柱内之作用氣體如PH3，可經由氣體餽入管33導入電離 室44。一般而言，電離室44内氣壓約為1 χ1(Τ3 Torr，同時電 離室44外部則約為1 X丨〇-5 Torr。參考第4圖，藉由電子搶42 產生之電子束125經由孔徑45進入電離室44，與遷移電離室 44平行於與離子汲取孔徑狹孔46鄰近，該狹孔46位於離子 汲取孔徑板80上，電子束125經電離室44之電子束出口孔徑 47與於止光器70處截止。止光器70藉由水冷固定器130進行 水冷，該固定器具有電阻(>1〇 ΜΩ-cm)之去離子水。該止 光器藉由一絕緣支架56建立電絕緣，如此一來止光器70所 截之光束流可藉由外部HV水餽入管170加以控制（如第3圖 所示）。離子汲取孔徑8〇藉由一電絕緣、熱傳導墊圈與電 離室44絕緣，並具有一相對於電離室44之偏向負電壓。離 子汲取孔徑80之此一偏向電壓建立一漂移電場以吸引離子 移向孔徑80 ’與對其他熱離子提供一偏離速度，使該偏離 電場產生更大的汲取離子流。一般部分離子源結構規模為： 一 7.5mm直徑環形電子進入孔徑45，一 l〇mm直徑電子束出 口孔徑47，一 25mm直徑位於65mm長之電子搶組合42，與 一67mm高之電離室44。搶外殼142之切面48使電子搶組合42 含有陰極之部分能暴露於離子源外殼之真空環境中以延長 陰極143使用時間。 電子槍光學系統包括陰極143、光束成型電極145、第 一陰極147,聚焦電極149、第二陰極150、與出口透鏡152。 此透鏡系統汲取限制空間電荷電子離子流。下游4組件透鏡 包括第一陰極147、聚焦電極149、第二陰極150、與出口透 (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 訂---------線！ *經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 r— I - 37 511113 A7 __ B7 五、發明說明（34 ) 鏡152能同時校準與加速電子束所需最終能量。可由難熔金 屬或LaB6組成之熱陰極143發射熱離子電子，可利用直接或 間接加熱來進行。電子以普爾斯（Pierce)結構於第一陰極間 隙加速。介陰極143與第一陰極147之等電位可藉由原錐光 束-成型電極145與第一陰極來達成，如此可藉由空間電荷 效應使輸出離子流達最大值，汲取量可達5keV。另藉由下 游光學系統，可將離子流減速至最終能量，約介於7〇6¥與 2000eV之間。 第4a圖表示另一較佳實施例使用之電子光學系統，其 中該第二陰極150·與出口透鏡152為利用普爾斯結構而形 成。普爾斯結構倒置與普爾斯汲取器144中係經由透鏡145, 與147’定義之，由該第二陰極150,與透鏡152,串連之透鏡153 可作為減速透鏡，導入一低能量（例如，l〇QeV或更低），以 校準電子束進入電離室44。將「反普爾斯」結構應用於減 速透鏡153有助於限制空間電荷電子束，如此更高校準低能 量電子流量可因此導入電離室44。舉例來說，汲取電子束 於IkeV狀態下可通過透鏡147’，於500 eV狀態下傳播通過 透鏡15(V，接著減速至100eV經由透鏡152,，可比没取器144 於100eV汲取光束狀態下得到更強之電子離子流。 電子槍光學系統内之空間電荷力與針對減速透鏡153部 分仍可加以改善，可藉由刻意沿電子束路後產生正離子。 正空間電荷之離子補償負電子空間電荷，降低電子與 間之淨庫倫排斥力’因而降低光束放大與進而產生更強之 電子離子流。這是一種降低空間電荷力之有效方法··由於 38 I紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚) '^^____ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · -----訂·---I I I I « I - *經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 511113 A7 ------------ 五、發明說明（35 ) ^ -- 離子具有相當重量、移動緩慢，其損耗率低，若維持離子 產生與離子散失比率相當，則與便可達成一定之電荷平衡。 離子可產生電子束路徑任-點其與可電豸氣體之區域壓 力。例如，考慮表示於第4a圖之區域氣壓ρι>ρ2>ρ3>ρ4 (我 發現藉由調整個別透鏡組與周圍真空間傳導，可控制區域 壓力Pi)。主要氣體種類為十硼烷一種大型重分子 具有電子-撞擊電離剖面以產生正離子。於電離室44中，pi 壓力最高可達ΙΟ·3 Ton*，因此空間電荷補償十分有效。此確 保了電子束於主電離區内能均勻傳播，離子汲取孔徑46鄰 近之離子欲度均勻性佳，與沒取離子束能有均勻之離子密 度。P4真空外殼離子源之周圍壓力（一般為1〇·5 T〇rr或更 小），與因為電離室44内之氣體傳播經過電子束進入孔徑 45’，極值建立了一高壓力梯度。因為減速透鏡153靠近進入 孔徑45,，Ρ2相對來說較高，空間電荷斥力因而大幅減低。 區Ρ3鄰近於陰極143’，因此應該將Ρ3與Ρ4維持相當，即， 於相當低壓時十硼烷分子至陰極表面之到達率小於十硼烧 副產品沈殺陰極表面之解吸附率。這一點之於低溫度陰極 例如LaB0與場發射器陰極十分關鍵。一般來說，折射金屬 陰極可於高溫下操作，碎裂沈澱氣體並不會造成問題。 第5圖表示一電源偏壓圖，電源包括提供給電子搶組 件、離子源與特定儀表之電壓。第5圖所用圖式定義如下： • Vs (源極電壓）：（MO kV pos @ 100 mA。設定離子束 能、電離室相對於接地端之偏壓。 • Vc (陰極電壓）：〇_2kVneg @ 100 mA。設定電子束能、 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線！ ?| I - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度刺+國國家規格⑽ X 297公釐） 五、發明說明（36 ) 陰極相對於電離室之偏壓。 • VF (燈絲電壓）：〇_5 V @ 50 A。提供加熱離子流予 以直接或間接加熱陰極發射器。 • VE (汲取孔徑電壓）·· 〇_2〇 v neg @ 100 mA。離子汲 取孔徑相對於電離室之偏壓。 • Vi (陰極shield電壓）：0_50 V neg @ 10 mA。光束-成 型電極相對於陰極之偏壓。 • V2 (陰極電壓）：〇_5 keV pos @ 50 mA。第一陰極相 對於陰極之偏壓。 • V3 (聚焦電壓）：〇_5 kevpos @ i〇mA。聚焦電極相對 於陰極之偏壓。 • V4 (出口透鏡電壓）：〇_2 keV pos @ 50 mA。出口透 鏡相對於陰極之偏壓，決定電子束離開四級管（tetr〇de)時能 量，該四級真空管包括陰極、陰極、聚焦、與出口組件。 • VD (止光器電壓）：〇-2kVpos@ 100 mA。止光器相對 於陰極偏壓。 •Ml :離開電子搶之電子離子流值。 • M2 :陰極發射離子流值。 •經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 • M3 :到達止光器電子離子流值。 本發明之另一實施例適用於汲取離子狹孔為1至3111()11 長之離子佈植系統。本實施例可產生強離子流（每一雜質光 束可產生5mA)。本設計中與離子汲取狹孔近乎同長之一燈 絲提供了一線性低能量電子。燈絲之位置平行於離子没取 孔徑狹孔如第6圖所示。電子束安排與第一實施例中相同方 40 511113 A7
五、發明說明（38) 燈絲蒸f發生過渡金屬污純人孔徑m與最終使鎢或銶竟 電離至175中，燈絲可於據電離室較遠處移動並除去易蒸 發成分材料。 ”此實施例說明於第。燈絲17〇位於電離室175遠方， 電子束經一含一系列長、方形孔徑之透鏡進行傳導。第％ 圖為=級真空管之示意圖，其中燈絲170、光束成型電極 178、栅狀電極179、與電離室進人孔徑Μ皆有不同電屢， 但此一設計不僅限制應用於三級真空管；加入透鏡數目可 調整。水平剖面圖中表示第7&圖之電子光學系統細節，第几 圖則表示了詳細之電子束173傳播。雖然為了產生佈植流程 所需離子最佳化’透鏡系統％經％可運用之電壓範圍很寬， 般電極電壓值為：陰極電壓vc = -1GGV、光束成型電極v!= -i〇2V、柵狀電壓V2 = +1〇〇v，源電壓Vs= 〇 (所有伏特數係 以相對於電離室或源極電壓表示），與離子汲取電極電壓Ve = -5V。VE為施於離子汲取孔徑177之偏壓形成一常態漂移電 場E，如第7b圖所示。e給予離子電離室内之漂移速度，吸 引正價離子偏移至離子汲取孔徑板177，可有效藉由外部汲 取場進行汲取形成離子束。由於離子係沿著電子束173所產 生，E給予離子動能。第8圖表示一第7a圖與第几圖中所示 之三級真空管嵌入燈絲實施例應用於一與第3圖類似之一離 子源。第8圖係電離室175與三級真空管200之詳細說明，其 中三級真空管位於離子源區35内。第3圖之其他組件如低溫 度氣化器28、閘極閥1〇〇與11〇、固定凸邊36、氣體餽入管 亦包括在此實施例，然圖中未示。電子搶42、磁鐵線圈9〇、
本紙張尺賴财_ i¥?^NS)A4規格(210 X 297公釐）
M111J A7 -----__Β7 _ 五、發明說明（39 ) 與止光器70並未包括在第8圖之實施例中，因為這些電子搶 組件功能已藉由三級真空管2〇〇來取代。第8圖實施例之優 如下· 1)燈絲位於低壓地位置之遠方（經真空傳導丨9〇直 接暴露至離子源真空外殼内周圍真空）可使燈絲使用時間增 長’ 2)位於遠方之燈絲可減低電離室受到燈絲材料污染程 度’ 3)透鏡系統有助於加減速電子束移動，使電離室產生 更強之電子離子流。4)藉由燈絲170產生之輻射熱能可藉 由the水冷離子源銘區35散失。5)電子束可聚焦於離子汲取 孔桂’產生高離子沒取效率，與小側向動量。這是因為原 電子軌道係沿第几圖之漂移電場E移動，因此藉由電子撞擊 離子於到達離子汲取孔徑時，其基本熱側向分量動能會<<： leV。6)第7b圖與第8圖之實施例可產生低發射、高亮度之 離子源’改善佈植機之離子束傳播控制，並於晶圓基板產 生相對於習知之較佳離子束空間與角位均勻性。 第7c圖係表示一四級真空管其構造與第7b圖之三級真 空官類似，圖中亦表示了其規格資訊Umm為單位。該四級 真空官具有焦距調整功能，因此透鏡系統之聚焦特性與最 終電子能量兩者並無關連。此一特點使折射燈絲170,發射電 子能以較電子進入電離室175,時更高能量被汲取，即運用減 速技術來傳送更高能之限制空間電荷之電子離子流使其進 入電離區。代表透鏡伏特數示於表A中，其設定條件為物 鏡距離為4倍透鏡孔徑直徑（「〇」）與成像距離為四級真空 管參考平面外6D處 。於300eV至100eV之能階藉由汲取電 子’透鏡調整注入l〇0eV電子進入電離區中。此調整係假定 本紙張尺度&中^^^腿4規格咖x挪 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) #: 訂.--------線— 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 43 511113 A7 B7 五、發明說明（40) 電子於進入電離室時仍有100eV。由於透鏡具線性特質，因 此並不具備聚焦或限制光束於狹孔長(y-方向）之特性。強離 子流密度下，電子束沿著y軸因空間電荷斥力擴大，使光束 成虛像而散失。空間電荷斥力與光束散失可藉由沿著光束 路徑藉由電子-撞擊電離產生正離子來減低其影響。正空間 電荷離子可補償負空間電荷電子，降低電子與光束間之淨 庫倫斥力，使光束放大降低與增強電子離子流。為了使電 離區18Γ汲取之離子不散失於四級真空管中，透鏡組件180· 需經常維持在一相對於V。電離室電壓之足夠正電壓。 由於離子具有相當重量、移動緩慢，其損耗率低，維 持若離子產生與離子散失比率相當，則與便可達成一定之 電荷平衡。離子可產生電子束路徑任一點其與可電離氣體 之區域壓力。例如，考慮表示於第7c圖之區域氣壓 P1>P2>P3>P4 (我發現藉由調整個別透鏡組與周圍真空間傳 導，可控制區域壓力Pi)。主要氣體種類為十硼烷(B1GH14)， 一種大型重分子具有電子-撞擊電離剖面以產生正離子。於 電離室175*中，Pi壓力最高可達1〇-3 Torr，因此空間電荷補 償十分有效。此確保了電子束於主電離區内能均勻傳播， 離子汲取孔徑176’鄰近之離子密度均勻性佳，與汲取離子束 能有均勻之離子密度。P4真空外殼離子源之周圍壓力（一般 為10·5 Torr或更小），與因為電離室175*内之氣體傳播經過電 子束進入孔徑174"，極值建立了一高壓力梯度。因為減速 透鏡153靠近451，P2相對來說較高，空間電荷斥力因而大 幅減低。區P3鄰近於陰極143’，因此應該將P3與P4維持相 44 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 言
T ‘經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 511113 ‘經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 --"~ -— 57 五、發明說明（41 ) — - 當，即，於相當低壓時十職分子至陰極表面之到達率小 於十硼烷副產品沈澱陰極表面之解吸附率。這一點之於低 溫度陰極例如LaB6與場發射器陰極十分關鍵。一般來說， 折射金屬陰極可於高溫下操作，碎裂沈澱氣體並不會造成 問題。 另一實％例中。第9圖表示一混合離子源之頂視圖，其 中整合了第一與第二實施例之設計與操作特徵。與第7圖相 似，但本圖表示者為環形電子束21〇 (位於圖中所示平面）與 三級真空管200中由長燈絲發射之帶電子束173之交集。因 此，本第二實施例同時具有位於主軸之長燈絲發射器與一 縱向電子束。第10圖為本實施例之詳細說明，其離子源為 第3圖所示之改良版。不僅於此，於具有第3圖所示之低溫 度氣化器28以外，第10圖中之離子源更包括一藉由離子源 區35包圍之高溫氣化器220。氣化器210位於離子源區35中， 其對於蒸氣導管32或第3圖之氣體傀入管33之運作不發生影 響。如第10圖所示，蒸氣由氣化器220藉由蒸氣導管225導 入電離室175内。第二氣化器220設置目的更包括導入固體 雜質化合物如P、As與Sb，以及Sb203與InCl3之蒸汽。因此， 固體雜質之蒸汽，以及特別低溫度材料之蒸汽如b1qHi4與三 曱基銦（trimethyl indium，TMI)可如第10圖實施例所示導入 電離室44中。 第9圖與第10圖之實施例優點與特徵為：1)可產生強 離子束流；2)配合於汲取孔徑旁之強電子密度，與沿著 漂移電場方向路徑產生離子，因此不需磁場，並可產生一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）
I I Μ ^ J I- · I I -----It---------線！ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 511113 A7 ___ B7 五、發明說明（42 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 相當低發射之離子。3)固體與氣體媿入材料可互補使用， 二氣化器之運用使)寻η型與p型雜質可同時運作而不需使用 不同佈植離子源；4)藉由燈絲產生低能量電子束，連同 電子槍所產生之高能電子束，使多種價數之離子種類可透 過同一流程產生，其中單價種類可藉由低能量光束產生， 多種價數之離子種類可藉由高能光束電離產生。5)具有 「調整」電子源之電子束能量之功能，此功能使第9圖離子 源可彈性產生不同分子餽入裂面，使離子束成分可就特定 佈植需求調整。 汲極擴充 本發明所揭露之針對電晶體之汲極擴充佈植之技術’ 其技術特點可大幅提昇設備之效能。揭露之離子源其基本 概念為提供一具低發射光束，產生一具較小側向陡度之接 面藉以使電晶體之效能提高以符合電晶體縮小的需求。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 具有電晶體較陡側向接面與需許多方面具有較佳效 能。首先，接面區之部分可成為串連電阻，與較陡接面形 成之串連電阻較小，有利於離子流與電晶體電導之驅動。 陡接面同時使傳導之次門檻（次門檻）更低，這一點在電流下 降時十分重要。本特徵具有降低斷電狀態離子流之優點’ 可進一步降低整個電路之靜離子流，延長電池壽命。除次 門檻此外，該設計其他優點還有能於不增加靜離子流的情 形下降低開端電壓。使電路效能（可藉由降低開端電壓改良) 與備用電源（可藉由降低靜離子流改良）能得以權衡。這些在 電壓供應降低時特別關鍵，特別是在〇.25um以下製程中。 46 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 511113 A7 五、發明說明（43 離子佈植區域内’離子光束 一部份之能量會使籬夕軔主叔擎祆的 所示。該標的可唯一砂曰圆】❿ 11圖 道a 矽日日511 ，電晶體或其他結構於其中 之離子束2可將離子植入石夕晶圓中形成
子路徑雖不一，但卻仍有-分佈可循如第W 1Γ二 深度分佈可藉由二參數來討論··發射範 深产變化^之Λ均深度’與散亂度（straggle)7則為原子分饰 :又 h。二參數與佈植流程中離子束條件高度相 關，較重離子或較低能量者所產生分佈較淺…般離 訂 植流程分析只職平狀料束2純料，魏預期之分 佈、發射範圍、與散亂度加以運算。但事實上，離子束並 非完全是平行的。會有—相當部分之離子光束其實不平行，’ 在此稱為非平行離子4。非平行離子4以一㈣角度撞擊石夕 基板入射角為3。-般來說，所有離子束皆有非平行部分， 程度視光束條件、佈植設備狀態、與佈植機調整而定。具 有不同入射角之離子束討論如下。 ^ 非平行離子束分量有系列數個特色，首先當光束忉產 生與離開離子源9,可藉由量測發射8表示光束1〇角位分佈， 如第12圖所示。此參數可用於表示由離子源被汲取時之光 束總角位分佈，以實際角度來表示。一旦離子束沿著光束 線移動’角位分佈的討論表示量度變為發散“。發散U表 相對於光束軸線之光束最大角。當光束到達標的，如上述 一般每一離子皆有其入射角，因為相對於光束軸線過程= 標的不在其直線位置上。因此，光束發散11當光束到達俨 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
511113 A7 --------- B7 _ 五、發明說明（44 ) 的時會產生一入射角。這些參數要注意的是··光束離子移 動角度不一，與可以一分佈函數用以描述光束密度之發散 角度。利用這兩點以下將進一步討論具有最大角度之離子 行為。 在此討論之代表性之離子佈植流程為汲極擴充佈植。 參考第13圖，此一步驟目的為形成一電晶體。汲極延伸佈 植角色十分重要因為它決定了電晶體之功能與結構。首先， 這表示了自動對位完成：閘極電極13/閘極氧化極12堆疊形 成一閘極側邊14。離子束2發射後即將形成汲極延伸。於閘 極堆疊已被移除處，佈植穿透石夕並形成一被佈植層為沒極 延伸15。閘極堆疊未移除處，佈植穿透閘極電極16。此流 程使汲極延伸接面與閘極電極並排對位，此一良好電晶體 結構稱為自動對位閘極。如第3圖所示，以下將更進一步之 討論位於閘極底下與於閘極侧邊底面撞擊矽之非平行離子 4。 半導體技術之一重要發展為結構的日益縮小。藉由縮 小有更多的電晶體可放在同一矽面積中，以降低成本。就 離子佈植而言，所需配合改良的便是降低離子能量，因為 規格變小也包括了縮小離子深度，這可藉由降低佈植能來 達成。特別要注意的是，半導體技術新方法、設備、與材 料之演進目的就在於滿足縮小體積之需求，自然地離子佈 植也必須配合。縮小尺寸對於離子佈植是一大挑戰，意味 了接面必須能達成更淺的程度才能達成減縮縮小之目的。 硼原子本身彳艮輕同時佈植入矽時深度較大是P型接面形成時 48 J-l« --一-----t---------線--Awl (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 511113 A7 B7 五、發明說明（45 的關鍵議題。特別是，P型汲極擴充挑戰最大的一點是其 佈植時所用的已經是最低能量之硼光束。加上原本離子佈 植機問通於低志3:時傳送強離子流光束本身舊有的問題， 用於改良低此篁硼光束流之方法對傳送光束之品質具有負 面的影響造成光束發散。 形成》及極延伸外，離子佈植還有其他所需步驟。其他 步驟包括能活化原子之溫度處理或退火步驟被佈植。此一 溫度處理步驟需在高溫度(> 900C)下進行，此時可能會受 到擴散效應之影響。擴散為被佈植離子佈植範圍超出類-佈 植冰度分佈之为’發生在侧向基板較深處。挑戰點在於 形成淺接面（事實上應為超淺接面即USJ)，擴散效應需受到 抑制。此外，擴散時間也需加以控制：即所謂TED效應。 此效來自於由於離子佈植時佈植對矽結晶造成損傷所導致 之被佈植層之矽裂隙。因此產生為時很短之硼擴散。不過， 一短暫之退火循環可抑制擴散效應至影響最小程度，因此 TED效應增加時’退火時間應縮短。我們瞭解到擴散與ted 效應會使造成被佈植層之深度與侧向幅度變大。因此此一 關鍵步驟需利用特別方法與設備來進行，從而產生出接面 的淺度以及增進側向陡度。 硼佈植能之縮小會導致硼佈楂發生以下問題··弱離子 流傳輸導致低產能。由於低離子能量時需強離子流，但光 束所具有之南空間電何雄、度疋有害的。當從離子源中光束 汲取出來時’空間電荷密度可及取區並對光束流與能量產 生E3/2效應。此一效應大幅的於能量減低時會降低光束流。 本紙張尺度適用中國國家標準（<JNS)A4規格（210 X 297 ^7 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 111!1 線！ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 49 511113 A7 B7 五、發明說明（46: (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 不僅於此，光束移動時之空間電荷會受到庫倫力之作用， 將離子推向光束側邊，於光束沿光束線移動時造成「光束 擴大」與光束流散失。此效應與能量高度相關，同時亦為 將低能量硼（LEB)離子束傳送至矽晶圓標的的困難點。 佈植產業中有二個方法可解決該LEB光束流問題，然 而卻會另外造成光束於晶圓上發散。第一方法為使離子源 與矽晶圓光間光束線行進距離為最短，因此可有更強之光 束到達晶圓。短光束線可就由較寬之移動路徑來達成，使 更強光束被傳送。就光束發散而言，此法會使晶圓上光束 發散問題惡化。第二方法為減低LEB離子流速度，先以高 能量將光束汲取與移動到晶圓上，接著於佈植至晶圓前將 光束速度減至適當能量。此一方法也會有晶圓高發散的問 題，還會帶來光束在晶圓上的能量污染問題。 丨線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如第14a圖與第14b圖所示，接面側邊是深度分佈中最 重要之一環。被佈植硼層與既有摻雜濃度作用產生一P/N接 面。參考表示於第14a圖中之閘極側邊與汲極擴充層，其中 表示一側向切面（A-A 17)其位置平行但低於矽表面。於第 14b圖中，摻雜濃度係沿著A-A切面製作。汲極延伸區中， 硼濃度18極高約lE20cm-3強顯示於對數比例19。進行汲極 延伸之LEB佈植前，η型摻雜濃度20已存在，此例中為磷， 但亦可為其他η型雜質元素。此時接面侧邊21形成於二摻雜 濃度相等處。此時濃度甚低η型濃度約為Ε17-Ε18 cm-3強。 硼濃度18此時亦與該濃度相近。要注意的是接面側邊之硼 濃度遠低於汲極延伸濃度約可達100X之差別。關鍵點在於 50 511113 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 A7 B7 五、發明說明（47 ) 即使是光束分量極小如1%，所造成接面側邊影響卻極大， 於下文將更進一步討論。尚且，硼分佈於接面側邊之側向 斜率取決於沒極接面之側向陡度。該參數通常以nm/decade 單位表示’或猎由分佈側向程度表示單位nm表示，其於表 不棚濃度時需升局*數ΐ級。〇 · 18um製程中’ 一般之沒極 侧向陡度為l〇nm/dec，未來之需求為<5nm/decade。 產生汲極延伸時，根據本發明之低發散光束可改善汲 極擴充之側向陡度，提升電晶體效能。其促進機制有二： 侧向穿透與側向散亂度之縮減。 第一 ’侧向穿透具有高度對稱性。請參考第13圖，理 想上低發散光束使離子進入汲極擴充區、閘極侧邊下。如 第13圖所示中之發散光束具有非平行離子，要加以注意的 是該非平行離子最後位置，亦即離子於閘極側邊14穿透矽 基板處。此一般最後落於標示X處，側向取代了汲極擴充硼 原子主分佈。散光束所具一入射角分佈可形成閘極側邊下 一分佈側向擴充。其可產生一側向之梯度接面，其陡度較 藉由低發散光束所產生小。如上所述，接面側邊之濃度遠 低於汲極延伸的最高濃度，因此只需極小比率（1%)的光束 即會造成接面側向之高發散狀態。尚且，光束内的角度分 佈中’角度越大者密度越小，這一點也會促成侧向梯度接 面的發生。預測低發散光束改善，可藉由預估侧向置換將 入射角角度之正弦值乘上垂直接面側邊深度。假設發散光 束入射角為7度、側向置換為接面深度之12%，而一般預 估為側向接面側邊70%之接面深度。所形成的側向接面為 51 規格（210 X 297公釐） -ϋ n n 1 n -1- in ϋ in 8 1 1 I— 1· Mmmm§ J _、· a··· μμ miv aim mum I mmmmmm (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 511113 A7 — B7 五、發明說明（48 ) 垂直接面深度之82%，發散光束產生接面17%高於低發散光 束所能達成（由於此效應）。 與光束發散與側向接面形成相關之第二機制為側向散 亂度。散亂度發生的原因為矽標的為個別原子以一定距離 固定模式組成之結晶晶格’本身非均勻界質與。進入離子 可能直接撞擊矽原子或者以一入射角度撞擊矽原子、或者 不撞擊矽原子。這些進入硼離子狀態可以用一分佈來表示。 散亂度可視為一垂直深度分佈之變異，以本例中側邊的狀 態則可與側向散亂度相關。側向散亂度的重要決定因子為 入射角度，使得發散離子產生更大的側向散亂度。此現象 進一步討論可參閱Nakagawa、Hada與Thome之著作IIT ’98 中之第767頁。第15圖參考該著作，以入射角度Φ與離子能 量之函數描述側向散亂度。一般側向至垂直之散亂度70% 以虛線表示，一近乎水平直線為假定之〇度入射角度。圖中 各資料點取自不同之入射角與能量條件底下，離子入射角7 度時其側向散亂度恰為傳統模式的二倍。需加以注意的是 當角度越大、效應也越強’而分佈也越加傾向側向’與保 持陡接面的理想恰恰相反。 參考第16a圖與第16b圖，為了能效應之相對幅度，特 針對此效應以相似條件建立一模型。其中第一步驟為降低 變數計算近似值：將垂直接面深度視為發射範圍（RP)加上 垂直散亂度（ARp)的二倍，可表為 Xj = Rp + 2 Δ Rp 如此可將垂直散亂度以侧向接面位置由上式表示之。 52 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I I----^--I --^-----^----------AW. (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 五、發明說明（49 ) 此模型中低發散側向接面側邊位置為侧向散亂度的二 倍。若我們已知側向散亂度為〇·7乘以垂直散亂度，則側向 接面側邊位置即為閘極側邊内丨。4ARp。今將發散光束加 入二條件考慮，這些條件也會影響到側向接面側邊。第一 條件為將側向散亂度設定為一般入射情形的二倍，若然則 接面側邊位置將為2·8ΔΙΙρ。第二條件為對稱效應的發生， 先前計算出其大小應為接面深度之12%，因此接面侧邊位 置0.48ARp。加總上述結果則總接面側邊位置應為閘極側 邊内3·28ΔΙΙρ，或為2.3倍的延伸側向方向。類似比彳列可用 於改良侧向陡度。此優點對於低發射離子源有很大用處。 MOS電晶體製造中，另一關鍵參數為通道長度。通道 長度表示離子源與汲極間之距離，也就是說離子源極與汲 極間的側向接面側邊距離。前文的中心集中在電晶體之汲 極上，汲極形成的同時，位於閘極另一邊有一區域也是正 在形成離子源。需注意離子源與汲極侧向擴充決定了通道 長度。佈植分佈相關佈植參數主要有種類、能量，此外還 包括斜度、扭度、光罩側邊、光束發散。光束發射決定光 束發散，也因此與撞擊電晶體形成有關。較少離子束穿透 閘極堆疊底下，因此通道長度會長於低發散光束。一般來 說較長的通道長度並無益處，但當通道長度與閘極長度相 同時，低發散條件下所製造之電晶體已相當理想。 “此例中’強發散光束問題在於發散樣態並非永遠一致。 光束發散條件因為光束調整與設定的不同自然會產生這個 問題。便來自於部分光束會消失在光束與孔徑交叉時，此 本紙張尺度翻 (210 X 297 公釐） 53 511113 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ........................ 五、發明說明（50 ) 外，部为發散外圍也會消失，因為空間與角度之直接關係 使光束到達基板時部分消失。假設二條件：其一光束設定 集中通過孔控，其二孔徑遮去部分光束。集中一例中，發 散也會因而集中，所以光束與晶圓以應有角度加上或減去 相同毛政、、、勺+/ 5度相交。第二〜例中，光束側邊被孔徑遮蔽， 使角位較大在一邊發生。所以，到達基板角度應有 角度及一非對稱角度加上或滅去相同發散約+2/-5度相交。 今右發散較二的-邊是決定電晶體侧邊通道的一邊，我們 便可以藉由減少同角度離子來改變接面分佈，使通道因離 子穿透閘極侧邊底下的能力减弱而增長。此通道長度的變 化非屬必要’低發射光束不受此變化影響。應注意的是所 討論變動皆為現代-般設備可操控之條件。今日的製造設 備中：動化的耘序可設定光束產生的各項條件，經由前 述抓程’加以控制，使光束條件能達成最佳化。雖然光束 條件未必每次能達到相同；系統的目的在於製造符合所需 之光束冑整的方法有許多。這些調整方法會產生不同的 光束發散，若非有特定需求，光束並不一定要是非中心光 束或者運用非-般條件來製造特意發散。 另低發射離子束之優點為能夠經由設計使通道長度 短而均勻’而不是由於條件設定錯誤而產生。由於電路效 月匕與通道長度直接相關，經由設計使通道長度短而均句可 實現=改變其他條件而仍能提高效能的理想。 明庄思通道如果太短會導致失敗，可能導致汲極至離 子源電壓不能持續，或使開端電壓無法操作。因此，製程 (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) #. · -_線. 本紙張尺度_-- 511113 A7 ---- R7 五、發明說明（51 ) 與電路設計中通道長度分佈應就可接受程度來考慮，使電 晶體能正常運作（即使是只達lppm之失誤也是太大）。換句 話說，通道長度的分佈變異越小，設計通道長度能平均的 小，則表示能於不增加成本的條件下提高效能。 延伸帶-光東 目前傳統離子佈植機延伸設計中有一特色為產生比過 去更強之帶光束。其促成原因有三：1)產業中往大型基板 發展的趨勢，如300mm-直徑矽晶圓；2)超大型基板的發 展，如450mm-直徑矽晶圓，將會應用於CMOS與設備製造 中，3)連續佈植機設計中，經由融合電磁掃瞄延伸帶光束 以提升圓產能，與改善基板劑量均勻性。傳統離子佈植中 晶圓產能會隨著基板面積增大而縮小。藉由大尺寸基板達 成降低成本的目的若沒有穩定產能配合則不能實現。產生 更強之離子束流是矽設備製造中離子佈植之關鍵技術。傳 送至晶圓之光束流（來自劑量率與帶光束之長度成比例，習 知離子源中本特點受到抑制的原因有以下各點：1)習知離 子佈植源只能產生一定程度之帶光束（約2-3inch長），2)若 藉由光束擴張光學系統產生延伸帶光束，光束之離子流密 度將會顯著降低使傳至大型基板之總離子流不變。 利用實施例中之第3〜5圖、第6a〜8圖及第9〜10圖相關技 術，產生之帶光束幾乎可等同直接由離子源所汲取出之光 束一般。參考第17圖，這可藉由縮小離子源長度來達成。 第17圖表示一實施例與第4圖表示之實施例近似，一電子槍 230傳送一可變能量電子束235至電離室240，該電離室中具 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) #: 訂----------線！ *經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 511113 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（52 有含雜質之氣體，最後由一水冷止光器250所截收。電子束 傳播平行鄰近離子汲取孔徑260，於其中一離子束藉由没取 光學系統被汲取出來。磁鐵線圈（圖中未示）產生—外部磁場 B(非必須）。該縱向磁場與電子束路徑平行用以於電子束行 進時限制電子束235。第17圖中路徑長度以（X + y)表示，其 中X為電子搶長度，y為電離室長度(y同時約等於離子汲取 孔徑長度，與汲取帶離子束270之理想長度）。假定電離室 240分佈為一圓柱、沒取孔徑唯一圓盤型。 第17圖所示之離子摻雜離子源可用於製造面板顯示 器。此例中離子汲取孔徑260可為850mm長以產生帶光束佈 植750mm方形面板f。第π圖中電離室長度y可長於85〇mm 如900mm長。電子搶230之設計目的在於傳送一強離子流、 低能量電子束235至電離室240。一般規格為：圓挺透鏡直 徑1 inch、電子束能1〇〇 ev (可20eV至250 eV間調整），最大 電子離子流200 mA，電子離子流動態範圍400 (即電子離子 流可於500 uA與200 mA間調整）。磁鐵線圈產生外部磁場B 用於限制電子槍與電離室之電子束。由於離開離子源後電 子束路徑長度頗長，因此需有一磁場B來協助校準路徑。藉 由限制電子束直徑於電離室240中傳播低能量電子束受到空 間電荷力之影響，設定磁量密度約介於50 G與200 G間，可 維持沿離子汲取孔徑長度260離子產生（離子密度）之均勻 性。沿著孔徑產生離子之均勻性可藉由藉由降低電離室240 之餽入氣壓（相對於習知離子源壓約介於4xl(T4 Torr與4x10· 3 Torr之間）加以改良，如此一來電子發散出光束之比例可 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格⑽x 297公爱） — Ml Ji· ¢11-----^i —--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -線！ 511113 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（53 ) 縮小達成約1 X 10-4 Ton*更低。要注意的是習知之 源無法於大幅減低壓力之條件下運作因為電漿於低壓 法維持。此低壓操作目的為降低作用氣體於離子換n 之消耗，藉由約-數量級之調整便可以大幅降低設備戍= (tool cost of ownership，COO)。 本 第18b圖表示設備成本進一步縮減之實例，圖中表〜 雙離子源系統600具有雙-狹缝汲取光學系統61〇。〜7 徑磁鐵線圈620提供一均勻磁場環繞二離子源。第18匕大意 實施例可利用一單離子摻雜裝置佈植11型與p型雜質，圖之 安排η型（如，磷）材料於離子源1，以及p型材料（如，轉由 離子源2。離子1與2—般不同時運轉。如情形需專，於 源亦可使用同一種雜質同時運轉，產生二帶光束，姆 曰力口被 佈植劑量率為二倍。第18b圖表示二帶離子束同時產生為先 束630 (如，含硼），與光束640(如含磷）。 第18b圖表示第18a圖之雙離子源以帶光束66〇摻雜—方 形面板650之情形。此例中，面板650固定於掃瞒台670與沿 方向680被掃瞄，沿著面板650長邊。注意此例中，離子束660 較面板之短邊為長。 第19圖表示常用摻雜面板之離子摻雜系統。面板690由 真空盒700輸入作用室710中，轉度後，於離子束660前被 掃瞄。第18a圖之雙離子源600町見整合於系統中。磁鐵線 圈與機械餽入管細節因求畫面簡潔而未列入。 離子摻雜中，p型媿入氣體玎為乙硼烷(B#6)與氟化硼 (BF3)。離子源與基板間未使用質量分析’所有離子源產生 電漿離 子 下無 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I------ ^-------
-線——I 57 本紙張尺度 +國國家標準ϋ)Α4規格（210 X 297 511113 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 A7 B7 五、發明說明（54 ) 離子皆會佈植到基板。此使Eh之使用較為棘手，因為氟對 氧化物有害，會產生負面影響。此外，離子源電漿中氟為 硼含量的二倍，會造成太多的氟被佈植。大多製造商偏妤 使用B#6，因Η佈植所引起效應不大（Ή佈植會引起基板過 熱），一般而言其缺點有二：1)裂化情形變大（產生許多不同 離子，例Η、ΒΗΧ+、Β2ΗΧ。使佈植範圍變大因為含不同能 量之含硼離子散亂佈植穿透佈植標的）。2)光束流不足導致 低產能，外壁表面面積與大型之離子源體積導致Β散失至離 子源外壁，進而導致低離子產能。 使用第17圖之離子以十硼烷為傀入氣體材料可解決問 題1)與2)，因為此法可產生7〇%之純Βΐ()Ηχ光束強離子流（如 第19a圖所示之十硼烷NIST-traceable光譜），本發明之離子 源表面積小於筒狀離子源有數個數量級之多，並於第丨7圖 之離子源可驗證其高離子汲取效率。與習知相較，第Π圖 使用十硼烷之離子源可產生更高的產能、更低的設備成本、 與更低的微粒沈澱（由於累積在離子源之材料更少）。 加減速技術 對於運用離子束撞擊基板前減速技術之離子佈植機， 產生高亮度離子束是一重要條件，因為減速光束之角位發 散與空間分佈於減速後會有擴大的情形。要產生減速後到 達標的基板具角位發散小光束以及良好的空間均勻性，初 始低發射光束為必要條件。由於光束發射（受二直角方向之 光束直徑與角位發散影響）與能量成反比，上游光束發射 需小於到達基板時之發射大小約等同於滅速比。藉由增加 297公釐） -ΙΊ4Ι·· _-----訂---------線-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 58 511113 Α7 __ Β7 五、發明說明（55 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 串連孔徑，光束發射可維持在低於一定值之水平，使光束 流量低於接受程度。因此，運用高亮度離子源為一理想作 法，其中亮度可藉由光束流除以發射（即光束流每單位面積 每單位角度）加以定義。串連孔徑之亮度不會改變是此方法 之優點。 某些佈植，如汲極擴充佈植同時需要到達基板時具有 低角位發散與低能量離子二條件，若不是使用高亮度源， 二條件會有互斥的情形。使用高亮度光束時，所得之淨佈 植劑量率高於使用低亮度光束時所得結果，可用於提高產 能與降低設備成本。 使用單價但含多雜質原子之離子簇，可產生較高亮度 光束，特別是當我們以劑量率或「有效」光束流來取代光 束流。η個原子組成的單價離子簇可加速到加速η倍能量之 多，其發射較相當單原子光束小η倍。由於該劑量率亦為電 離子流之η倍，因此簇光束離子流之總亮度增加為η2，此時 亮度定義為劑量率除以發射。因此，可產生簇離子束之高 亮度離子源的使用可使減速光束控制良好情形下運用於佈 植，不僅角位發散小、空間均勻性佳、與產能高。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 參考第20圖，上述參考文件中之PCT專利申請案第 US00/33786之第1圖雷同，但本圖之描述較為詳盡，該圖係 表示一用於傳統硼佈植之減速佈植機例如。第1圖係PCT專 利申請案表示一傳統、非減速佈植機。無論如何，在第29 圖之減速佈植機，離子源548產生離子汲取自一線孔徑（即 一加長狹孔）而後藉由電極553加速使其具有移動能，該移 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公II ) 511113 A7 B7 五、發明說明（56) 動能大於最終佈植能，再注入分析器磁鐵543使光束側向根 據離子荷質比測向分散。一質量溶解孔徑（狹孔）544能過濾 只允許所需離子通過（離子具有所需荷質比者）傳到下游以 一法拉第（Faraday)量測離子束流，或者（當沒有裝設法拉第 時）傳到減速電極557。減速電極557將離子束減速到所需佈 植能，接著撞擊晶圓基板555。第2〇圖所表示者為一批次 佈植機，可經由轉盤545進行機械式轉動，減速技術亦可應 用於連續佈植機當中。 邛刀離子束中離子到達減速電極前有可能與佈植機光 束線上殘留氣體分子或是光束中其他離子作用發生價數變 化，大多加減速佈植機同時亦有中性光束濾光器之設計（第 2。0圖=未不）或他種能量過濾器（例E X b過濾器，靜電反射 器心轉器（d〇gies) 4)如習知中所揭示，確保唯有預定能 量之離子才能到達晶圓。 叙抵次減速佈植機使用一靜態離子束，光束藉由轉 盤545機械轉動方式掃猫晶圓；然而，也可以藉由其他方式 來實施。如本發明可融入一連續佈植機中（每次處理一晶圓） 5單方向快速掃猫方式進行（藉靜電掃瞄或，藉由一方向磁 场）口此同時晶圓固定器於垂直方向完成—較慢之機械式掃 瞄。或者利用雙電磁鐵掃瞄靜態晶圓也是可能的。據我所 知’連續減速佈植機的商業化尚未達成，此設計中之優點 為其融合翠晶圓處理，以及產生高斜角度（可達60度)之晶 圓固定器f •。 °1目前之梯次佈植機無此設計）。高斜角佈植於許多 製粒中有其重要性，亦頗受歡迎如井結構之「四元(quad)」 本紙張尺度適用 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 缚 .線‘ ‘經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 60 511113 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（57) 佈植，與S/D極擴充分佈等。此外，新式晶圓製造設備預 期將使用單晶圓處理降低費用高昂的300mm process晶圓批 次作業。 連續佈植於佈植晶圓時對於光束分佈均勻性的要求較 批次佈植高，此要求在300mm較200mm直徑基板更難達成。 本發明之一特徵在於將簇光束佈植與加減速技術藉由一連 續、強離子流光束線佈植系統來加以結合’改良之光束分 伟可滿足對於連續佈植機之光束分佈均勻性需求使產能提 高。 第21圖本發明表示一離子源較佳實施例，其固定於一 傳統離子佈植機之真空外殼上。此離子源與上述PCT專利 申請案第US00/33786號相同，其圖示於第9B圖中。此離子 源運作原理與商業用傳統離子源離子佈植不同點在於，該 方法中離子產生並非藉由輝光放電或電漿’而是藉由直接 電子-撞擊電離，藉由傳送於電離容積516’中之寬幅光束之 激發主電子。此離子源技術適用於電離分子化合物，可提 供具十硼烷離子以及含表la所示二聚體化合物之強離子 流。該離子源融合了 一低溫氣化器528利用低熔點固體材料 如氫氧化銦、三曱基銦、十硼烷產生蒸汽。該離子源同時 融合了一氣體餽入526使氣狀化合物如PHS、AsH3、GeH4、 B2H6、以及其他佈植機氣體如BF3、SbF5、與PF3得以電離。 第21圖之實施例表示一延伸電子槍包括一 9〇度台座或一鏡 子587以減少離子源組合之單機接地面積，不僅可節省空 間，更可使電子光學系統得以納入電子搶中，使電子能量 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） « H 11 n I n n 1 ϋ «I n 11 n I n n .1 _ϋ ϋ n I I ϋ ϋ ^ ϋ ϋ ί (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 丨線丨- A7 A7 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 五、發明說明（58) 能多樣化符合不同分子種類之需求。 第23圖表示另〜 ^ 露於上述相關申請案 ，子搶之實施例，其亦已揭 子槍以加減速原理運’參閱第⑽圖之已公開中請案。電 圖表示該離子源係如而不使用旋轉期(turning邮）。第23 外殼形狀係經修正以七21®—般固定於一真空外殼’但其 施例還具有-組磁鐵2納入電子搶設計中。第23圖之實 之路;且有可批、、圈以限制離子源電離容積中主電子 子槍進入電離室；多^動電子施量之強電子離子流經電 (見第2·處被_ ^子傳經電離容積後於止光器训 魏二：：實靶例’其電離室長度與相對應之加長離子 、雷二^別加長’從第18圖之關於參考申請案顯示出， 炎H加長度操作離子源時負面效應小但正面效應 大此L伸.P刀與傳統離子佈植之伯納式輝光放電離子源 大不才、同若電離至長度（陰極與排斥器（repe版)間距離)設 十；、叙長度時，伯納式離子源中所需輝光放電離子流 會心速增加（傳統伯納式離子源具有一陰極-排斥器相距約2 mch ’可及取達5 A之輝光放電離子流），而輝光放電會變的 不穩定。根據本發明藉由大幅延伸電離容積與離子汲取狹 孔孔徑之長度，可比其他實施例汲取出更強之離子流。針 對光束自孔徑發散之問題，特殊之光學系統可透過縮短光 束分佈長度來解決。此法圖示於第24圖。具有加長離子汲 取孔徑510之加長電離室5〇()，離子束於其中經由汲取透鏡 520被汲取與加速。我目前將汲取孔徑51〇長度設為6 inch， 62
本紙張尺度劇巾目(CNS)A4 ^i：(210 X 29fi^T 考I:--—^· I -------^---------^ I . (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 511113
經濟部智慧財產局員X消費合作社印製 為-般強料W離子佈_之傳統輝光放電室之沒取 長度之三倍”及取透鏡52()具有可伸縮調整特性；為—套、二 組加速透鏡，其中該第一透鏡之第二焦點與第二透鏡之； -焦點大約吻合’使光束聚焦。藉由設置透鏡52()達成3對1 之去數量級，離子束的高度得以大幅縮短，同時可校準進 入佈植機分析器磁鐵540之光束路徑530。在過去，因為強 離子流佈植機之離子汲取孔徑設計長度較長以汲取單體光 束之光束流，空間電荷力會使透鏡52〇無法理想運作，與光 束路徑530亦未能校準，換句話說，光束經常有擴大現象， 因此運用離子光學之方法還尚未成功過。實際上，其成效 與通過傳統2 inch孔徑再經分析器磁鐵過濾所得之光束流相 同丨原因為傳統強離子流佈植機所運用之傳統伯納式輝光 放電離子源，其汲取時光束移動受空間電荷影響很大，2 ineh 孔徑可產生之離子流可達50mA (BF3電漿中，約有30%或更 高比例達15mA為B+)。本發明之離子源，相反地，能由2 inch 孔徑中提供1mA或更強之離子流，約佔十硼烷70%，因此若 孔徑為6 inch，則可得離子流將達3mA到5mA。使用硼之減 速佈植機（減速比例非一任意比，而是決定於該能量污染、 移動限制以取得理想之光束流），由於此一弱離子流可以較 高能量汲取，離子流移動如第24圖所示因此不受限於空間 電荷。所以如第24圖所示，本發明藉由加長離子源汲取孔 技’預估能將光束流增加三倍，同時維持良好光束發射特 性。 在上述實例中，帶離子束寬度短於離子沒取孔徑。在 f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) # 訂· -丨線丨·
本紙張 63 尺度適用中國國家 標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 511113 A7 60 五、發明說明（ 另一實例中，帶離子束長於離子汲取孔徑。在其他實例中 帶離子束大约相等於離子汲取孔徑之長度。 電子搶 訂 線 以下為電子搶之介紹，需注意揭露之熱陰極電子槍於 真空環境中因為散熱容易發生問題，熱陰極所產生的輻射 熱與陰極端與與周遭之熱傳導與特別是個別透鏡組件之電 子撞擊，以上各熱源使透鏡設計中散熱為成為關鍵項目， 使透鏡與物經由一冷卻槽達到熱平衡。創造電絕緣與與傳 導機械路徑使熱量能離開透鏡組件，最重要的是陰極組合 因為其散熱佔電子槍的一重要部分，實務中證明該部分電 絕緣與與傳導機械路徑冷卻之設計特別容易失敗。解決方 法之一為使透鏡組件溫度與環境漸漸達成熱平衡，但此方 法也有其問題。即使透鏡組件以折射材料製成，能維持操 作1000° C或更高溫度，與作用氣體間之交互作用使此法效 果不彰。特別是使用十硼烷時，此環境會使十硼烷裂化， 使硼沈澱在透鏡組件上形成有害佈植之微粒，可能引發短 路，並使陰極與離子源生命大幅縮短。根據發明，細緻之 溫度控制可藉由將輻射熱傳送抽離至冷卻本體，於透鏡組 件四周或更清楚的說於於熱傳導固定器四周，可達4ΤΓ steradians，此外該固定器清楚規範了各透鏡組件與離子源 間相對位置。 參考第25圖，固定器310夾持固定一透鏡組件300。固 定器310為長方形鋁棒所製具有大輻射表面以夾持方式固定 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210:297公釐 64 511113 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
! —Ίι^7···ιτ-----訂------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -線！ A7 ----—--^_______ 五、發明說明（61) 透鏡300。揭露之實施例中，藉由***於該圖中未示之伸展 器中展開夾具將透鏡300置入内徑中。除此，夾具31〇與透 鏡300也可透過極冷透鏡3〇〇使其能放入内徑中，例如置於 液態氮中冷浴，接著將冷卻直徑透鏡3〇〇放入夾具31〇，稍 後當透鏡300升至室溫而擴張時與内徑結合。這些固定透鏡 組件如透鏡組件300可產生散熱效應，從表面有效散熱，以 及使輻射熱固定器310夾具表面經由逸散。要提高鋁固定器 310之發射能力，該固定器可利用陰極電鍍鍍上一層碳成 分之膠質懸浮物質如Aquadag®。透鏡固定架310與透鏡組 件300之組合所帶來的另一個優點為固定器與the透鏡組件 可運用不同材料製造。例如，透鏡3〇〇可用具有化學惰性的 不銹鋼或是在高溫下具有良好結構特性的鉬來製造。 參考第26圖與第27圖，電子槍由4件非連續分離透鏡組 件組成：依順序分別為陰極組合320、第一陰極330、聚焦 電極340，與出口透鏡350，每一組件所用電壓皆不同，經 由個別之固定器310以固定之。透鏡組件350與外殼360底邊 之間有一間隙，該外殼係環繞包圍4件透鏡固定器之組合。 銘製外殼360之溫度遠低於透鏡組件320-350,與數個透鏡 固定器370間有輻射耦合形成。該連結係藉由前述之水冷或 溫度控制之離子源區與外殼360之連結底邊36〇a建立良好熱 傳導來達成。 藉由具有溫度控制之底邊360a與離子源區之間之熱傳 導彈性封邊，所具有大接觸表面面積與良好熱耦合的優點， 使外殼360能維持與離子源區溫度接近。因此，數個透鏡固 本紙張尺度劇rmim(CNS)A4 €i^0Ti97公釐） 13 A7 五、發明說明（62) 定器370與外殼360間維持之一溫度差，使輻射能順利由透 鏡固定器之輻射表面傳出。尚且，輻射冷卻的運用使電子 搶之操作溫度穩定，此特點與經由槍組件散去的熱量無 關。此穩定性來自於輻射冷卻之非線性效應低溫度較不顯 著、高溫時較顯著。本組合具有自我調節特點並能使電子 槍組件維持在一致之操作溫度。 各透鏡固定器370多以方形，因為較多表面面積可藉此 與鄰近透鏡組件固定器之表面以及外殼360表面相對。本設 片有一作用’第一作用為預期具有最大熱量的區域（即為最 上端之透鏡組件其包括陰極組合32〇與最底端之透鏡出口透 鏡350)可直接將熱傳遞至距離最近之外殼36〇熱槽中，同時 間，如第26圖所示之透鏡組件330與34〇所散去的熱能正傳 遞於透鏡組件間，使操作溫度均勻。然而，由於固定器的 四面輻射面對外殼表面，透鏡組件仍有一相當輻射散失面 積面對於冷卻外殼36G。固定ϋ若能有至少兩面面對鄰近組 件，則其他面便會面對冷卻外殼36〇。 參考第25圖，一般固定器310尺寸長度A170 、寬 度W為26 mm、與高度岭12 mm。透鏡組件細一般内直徑 為12.5 111111、外直徑為16111111。 參考第關’搶組合-般尺寸長度⑻祕、高度Η 屬彈簧390相接，藉由陶製固定器板 式固定透鏡固定器370間之各炎具=各9=立電絕緣’機械 傳導，並維持-透鏡組件排_序 之連結可允許電 銘條400藉由數個鋁製 張I度適用中國 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) # 訂---------線丨 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 x 297公釐） 511113
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 間隔器410同軸連接各透鏡組件嵌入透鏡固定 成電絕緣同時控制各透鏡組件之間距與立體排= 370中。達 透鏡組件320、330、340、35〇與任何接择列。 位置角度偏差需在容忍度内以產生有效電子為同軸 偏差。透鏡組件間之間隔直接受到排列影響，=焦，減小 系統圓對稱所決定之極角座標（2軸沿著機械轴線 子束傳播方向），以及沿此軸產生之二維空間座標。需強調 的是該電子束排列方向與聚焦所需調整均在機械可達成^ 範圍内，透過鋁棒400、個別間隔器41〇、透鏡組件32〇_35〇 的正確裝配、數個固定器370的正確排列即可。透鏡組件的 正確排列確保光束能以正確方向在電離室中移動，使光束 傳播平行於離子汲取孔徑軸線。如此，小體積之電離區可 精確的置放於離子汲取孔徑鄰近達成高亮度與低發射的目 標。尚且，適當的透鏡組件溫度控制是操作離子源的要件， 以防止之作用氣體或蒸氣的解離與沈澱充滿電離室或穿透 電子槍區。過多解離與沈澱作用在透鏡組件會使離子源生 命減短並提高維護成本。為了使於離子沒取孔徑被汲取後 之離子束能具有安定特性，電離區與離子汲取孔徑距離需 平均。電子束之排列錯誤或失焦會引起鄰近效應與電子束 大小之偏差，使其沿離子汲取孔徑移動造成不利影響。而 正確排列與麵合所得到的適當的電子束排列與聚焦，以及 固定器溫度穩定專特點可確保電離室產生高亮度離子束且 其橫向離子能受控制，不僅於此，離子可大多於孔徑前產 生，沿孔徑長轴線形成一均勻密度。沒取自離子源之離子
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(請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -n ϋ ϋ I 訂---------線丨· *經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 511113 A7 _ B7 五、發明說明（64) 束亮度與總離子流成正比、與剛離開出口離子汲取孔徑之 離子發射成反比，若總離子流為固定值電離容積減小時離 子源之離子束亮度會增高。上述設計中可暸解到，相較於 一大電離區中聚焦不正或排列錯誤所得之電子束，藉由於 一小電離容積良好控制下所產生密集電子束，其離子源離 子亮度更高。 透鏡與透鏡固定架設計中之亮度特點中’離子亮度源 於加減速型離子佈植機中需達到最大程度，因為晶圓之佈 植效能與離子束亮度間成一正比關係。換句話說，佈植機 與以及佈植機生產特點直接決定在離子束亮度程度為何。 所以加減速型佈植機之高亮度光束設計正是提高加減速效 能設計中之關鍵。 使用十硼烷或其類似以強化光束亮度，於各種佈植機 中特別是與加減速佈植離子有關時，離子源各個細節之溫 度控制包括電子槍組件部分，其與十硼烷蒸氣接觸等’是 離子源成功運作與否之關鍵。需注意，本法可產出強離子 流。此外，也能使離子源生命增長使離子源與佈植產能提 升。外壁溫度高於350C時，十硼烷會發生硼解離。分解硼 粒子會沈澱在陰極與透鏡組件上。若其於陰極沈澱量太多， 會使到陰極效能惡化進而減少離子產生使陰極生命減短。 此外，硼成分會使透鏡組件帶電，控制電子束效果惡化’ 進而減低離子源所產生之離子束亮度。因此，唯有擁有良 好的溫度控制設計，加減速應用中十硼烷的應用才能順利 成功。 68 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I -I.--Ί— --------------0 I —Awl (請先閱讀背面之注咅2事項再填寫本頁)

Claims (1)

  1. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 511113 第9〇"429〇號申讅專利筋衝修正本g 六、申請專利範圍 1.-種離子佈植方法，藉由電離分子之 主軸產生高亮度離子束，該分子至少包括一錄/ 飞/0 該方法包括下列步驟： 可佈植種類 提供一具有大小限制出口孔徑之電離室； .於該電離室巾提供—壓力使錢體或蒸汽之㈣更大 於汲取區壓力，該汲取區俜由雷離 入之空間； I""係由電離至中之離子被抽出後所進 利用主電子藉由電子撞擊游離法，於電離室出口孔徑鄰 近：電離该氣體或蒸汽’於孔徑處產生離子密度至少係< cm ，同時控制離子橫向動能小於〇 . 7巧； 離子密度產生之隸鄰近處之電離容積寬度，該寬度小 於三倍之相對出π孔徑寬度；控制電離室内條件避免輝光放 電（arc放電）之發生； 藉由-汲取系統，將於電離室生成之離子經由出口孔徑 由電離室汲取至末端之汲取區； 之後，利用離子束光學系統將該光束移動至一標的表 面；以及 w 义 將送達之離子束佈植於標的上。 2·如申請專利範圍第丨項所述之離子佈植方法，其中更 控制電離室内條件以避免電漿產生。 3·如申請專利範圍第丨項所述之離子佈植方法，其中沒 取時之離子束亮度約大於i mA—cm-2—deg-2 χ (E/ ，E係 光束能、E0 = 10keV。 4·如申請專利範圍第卜2或3項所述之離子佈植方法， 69
    -n n n I 請先閱讀背面之注意事項本頁) . · -·線·
    本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 511113 A8 B8 C8 D8 六、申睛專利範圍 7〇m-mrad x (EO/E) (E 係光束能、E〇 = 1〇keV)。 ~ 5·如中請專利範圍第卜2或3項所述之離子佈植方法， 其中自出口孔役沒取出之離子流光束雜訊控制在以下。 6.如申請專利範圍第卜2或3項所述之離子佈植方法， 其中電離室中之任何磁場強度小於70gauss。 7·如申請專利範圍第6項所述之離子佈植方法，其 離室中之任何磁場強度小於20gauss。 8·如申明專利範圍第7項所述之離子佈植方法，其 離室中實質上不存在任何磁場。 9·如申請專利範圍第！、2或3項所述之離子佈植方法， 其t汲取區中之任何磁場強度小於2〇抑_。 ’ 1〇·如申請專利範圍第卜2或3項所述之離子佈植方 法，其中該氣體或蒸汽消耗控制在1〇 sccm以下、 、丨1·如中請專利範圍第卜2《3項所述之離子佈植方 法，其中該主電子係係—光束於該電離室外部產生藉 光學系統導入電離室中。 12·如申請專利範圍第丨、2或3項所述之離子佈植方 法，其中每一被電離分子分別包括至少二種可佈植種類原 子’或由至少二種可佈植種類原子所組成。 13·—種離子佈植方法，包括下列步驟： 沿一主軸產生高亮度離子束； 提供一具有出口孔徑之電離室； 供給電離室氣體或蒸汽分子，其中每一被電離分子分 70
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    六、申請專利範圍別包括至少三種可佈植種類原子，或由至少二種可佈植種 類原子所組成；電離該分子並利用由分子所形成之離子 產生一光束，該光束沒取時之離子束亮度 mA-Cm2-deg-2 x (E/ E。），其中 E係光束能、E〇=i〇keV ; 利用離子束光學系統將該光束移動至—標的表面；以及 將送達之離子束佈植於標的上。 14·如申請專利範圍第13項所述之離子佈植方法，其中 該分子係二聚體（dimer)。 . 15·如申請專利範圍第13項所述之離子佈植方法，其中 該分子包括十硼烷（decab〇rane)。 16·如申請專利範圍第丨3項所述之離子佈植方法，其製 造係以可產生具有低發散角位（低angular divergence)之 高亮度離子束使標的與該主轴間所夾角度約小於丨度之方 式進行。 β 17·如申請專利範圍第16項所述之離子佈植方法，其中 送達之離子束佈植於標的上之步驟係用於產生一高亮度、低 發散光束以形成一標的上之電晶體結構之汲極擴充區，其中 該電晶體結構包括一源極（source)、一閘極（gate)以及一汲 極（drain) ° 18·如申請專利範圍第I?項所述之離子佈植方法，其中 該標的更包括一井（we 11)雜質以及電晶體結構之閘極長度 等於或小於〇· 20 um，汲極擴充與閘極相交於一側向 (lateral)接面側邊，汲極擴充之砷佈植分佈側向陡度 71 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再本頁) 再太 · -I線· B8 C8 _丨丨 " D8 六、申請專利範圍 - (lateral陡度）小於或等於3 nm/deca(je，其中分佈側向陡 度之定義係於側向接面側邊於一被佈植種類單位濃度中所 而το成十進（decade)之側向程度（iaterai extent),接面 側邊定義係被佈植離子與井雜質單位濃度相同之區域。 19·如申請專利範圍第18項所述之離子佈植方法，其中 。亥及極擴充其側向陡度小於或等於2 nm/decade。 20.如申請專利範圍第17、18或19項所述之離子佈植 方法，其中高亮度、低發散角位光束離子被佈植於閘極兩端 之間以清楚定義出閘極底下之通道。 — 21·如申請專利範圍第2〇項所述之離子佈植方法，其中 用楚定義出閘極底下之通道更包括清楚定義出該通道之長 度。 22· —種離子佈植系統，其利用低佈植能佈植標抦基 板，其包括：一離子源，用以產生分子離子（利用具有適當 原子簇種類之分子以進行佈植）；一加速級，用於加速離子 使该離子移動能（计ansport能量）實質大於適當佈植能；及 減速級’用於在佈植標的基板前降低離子能量至適當佈植 能。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 23·如申請專利範圍第22項所述之離子佈植系統，其中 該離子源包括一電子槍產生具一定控制能量之電子束藉由 直接電子撞擊游離法電離分子。 24·如申請專利範圍第23項所述之離子佈植系統，其中 1亥電子所具能量約係20eV與500eV之間或lOOOeV。 25·如申請專利範圍第22、23或24項所述之離子佈植 72 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 511113
    六、申請專利範圍 _ 系統’其中位於電離室旁之該電子槍發出電子束通過電離室 至止光器（beam dump)。 26·如申請專利範圍第22項所述之離子佈植系統，其中 力長電離至具有一相對加長狹孔汲取孔徑，於光束進入分 析器（anaiyZer)前，相對於對應汲取孔徑，孔徑後電子光學 系、洗係用於縮小組合‘光束（resultant be⑽）之橫切面長度。 ^ 27.如申請專利範圍第26項所述之離子佈植系統，其中 该電子光學系統包括一光學放大鏡（telesc〇pe)。 28.如申睛專利範圍第26項所述之離子佈植系統，其中 該電離室汲取之孔徑約為6吋長。 ^ 29.如申請專利範圍第22項所述之離子佈植系統，其中 系統係依批次操作而設，一組晶圓固定於一載具上往光束相 對移動光束影響掃瞄之進行。 3〇·如申請專利範圍第22項所述之離子佈植系統，其係 用以建構成一連續離子佈植機。 二31·如申請專利範圍第22項所述之離子佈植系統，其中 该離子源具有一氣化器與溫度氣化器之溫度控制系統共同 固定於一離子源電離室。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 3 2 ·如申明專利範圍第31項之離子佈植系統，其中該電 離至電子搶與一電子束朝向之止光器分別與電離室熱絕緣。 33·如申請專利範圍第22項所述之離子佈植系統，其中 該離子源係十硼烷，該電子槍係用於提供電子束能約介於， 50至1000 ev之間。 34·如申請專利範圍第22項所述之離•子佈植系統，其中 73
    該離子源係離子源。 ▲ 35·如申請專利範圍第22項所述之離子佈植系統，盆 该離子源係p2+離子源。 /、 36·如申請專利範圍第22項所述之離子佈植系纟先，苴中 該離子源係B2+離子源。 八 37·如申請專利範圍第22項所述之離子佈植系統，直 該離子源係In2+離子源。 八 ^ 38·如申請專利範圍第22項所述之離子佈植系統，豆 該離子源係Sb2+離子源。 _ /、 39·種離子佈植方法，用以利用低佈植能佈植標的基 ，’其包括下列步驟：產生分子離子，其利用具有適當原子 蔟種類之&子以進行佈植；加速離子使該離子移動能 ，ansport能量）更大於適當佈植能；以及在佈植標的基板 刖降低離子能量至適當佈植能。 ▲ 40·如申請專利範圍第⑽項所述之離子佈植方法，其中 該離子係十硼烷離子。 41·如申請專利範圍第39項所述之離子佈植方法，其中 該離子係P2+離子源。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印剩衣 42·如申請專利範圍第⑽項所述之離子佈植方法，其中 該離子係Μ離子源。 43·如申請專利範圍第39項所述之離子佈植方法，其中 該離子係Iri2+離子源。 -44·如申請專利範圍第39項所述之離子佈植方法，其中 該離子係Sb2+離子。 74 本紙張尺度適用中準（CNS)A4規格⑵G χ 297公爱） A8B8C8D8 六、申請專利範圍 一 45.種離子佈植系統，其包括·· 一離子佈植機，具有離子汲取系統； 一離子源，能以商用離子流水平供給離子汲取系統所需 ^子，離子源包括一電離室係壁面所包圍而形成内含一電離 谷積，其中一壁面決定汲取孔徑之位置與長度寬度大小，以 使汲取系統將該離子流由電離容積汲取出來； 電子搶’其設置大小位置與電離室相配合，用於沿電 離至主軸以發射一主電子方向光束；以及 止光器，與電子槍並置以接收方向光束，止光器維持 一相對於電子搶發射極電壓之正電壓，該主電子光束路主徑 2延伸方向大約於孔徑鄰近，電子束方向與對應於汲取孔徑 寬度方向同向，電子束大小約等於或大於孔徑寬度。 46·如申請專利範圍第45項所述之離子佈植系統，其更 包括·一氣化器，以引入氣體進入電離容積中；一氣體通道， 將氣體進入電離容積中；以及一控制系統，用於控制主電子 能量，藉由電子搶主電子之主撞擊以電離個別氣體或蒸汽分 子。 47·如申請專利範圍第46項所述之離子佈植系統，其中 該氣體包括十爛烧。 48·如申請專利範圍第45項所述之離子佈植系統，適用 於升^成離子轉為一帶離子束（ribbon beam)。 49·如申請專利範圍第項所述之離子佈植系統，其中 該帶光束短於離子汲取孔徑長度。 5〇·如申請專利範圍第48項所述之離子佈植系統，其中 75 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公爱 1 " 一 -- f請先閱讀背面之>i意事項#本頁} 訂· --線： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財，產局員工消費合作社印製 、申清專利範圍 - 該帶光束長於離子汲取孔徑。 51·如申請專利範圍第48項所述之離子佈植系統，其中 邊帶光束約等於離子汲取孔徑長度。 52·如申請專利範圍第50項所述之離子佈植系統，其中 "亥孔徑長度至少等於標的基板之長度或,寬度。，’ 53· —種照射方法，用以照射具有預設大小之一延伸平 其包括下列步驟： 產生一帶離子束；以及 導引該帶離子束朝向該延伸平面之一表面上。 54·如申請專利範圍第53項之照射方法，其中該延伸平 面係一平面面板，該照射方法更包括一步驟：實質地照射該 平面面板之全面板表面。 55·如申請專利範圍第54項所述之照射方法，其中該產 生之帶離子束為靜態，面板之離子摻雜係藉由機械式光束掃 瞄完成。 5 6 ·如申睛專利範圍第5 3項所述之照射方法，其中該帶 光束之長度長於面板基板垂直掃瞄方向長度。 57. 如申請專利範圍第1項所述之離子佈植方法，其中 大於〇· 5 mA之離子電流之十硼烧離子佈植於一基板内以摻 雜ρ-η接面（junction)，以便於該矽基板内產生晶格破壞， 而減低通道（channeling)，以進行淺佈植接面（shallow implanted junction)。 58. 如申請專利範圍第31項所述之離子佈植系統，其中 使該電子束所指向之該電子束止光器與其餘的該離子源熱 面 76 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 請 先 閱 讀 背 之 注 意 事 頊 t 訂 線 _— §1_511113 B8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 - 隔離。 59·如申請專利範圍第58項所述之離子佈植系統，其中 包括控制離子化室溫度之工具。 60·如申請專利範圍第59項所述之離子佈植系統，其中 該離子化室固定於具有冷卻的底座之熱傳送單元。 61·如申請專利範圍第45項所述之離子佈植系統，其中 安排兩種該離子源產生一帶離子束，從任一該離子源佈植至 該基板，允許使用一種該離子源作n形摻雜，第二種該離子 源作P形摻雜。 一 62·如申請專利範圍第61項所述之離子佈植系統，其具 有雙柵汲取光學系統，以產生該帶離子束。 63·如申請專利範圍第62項所述之離子佈植系統，其中 忒兩種该離子源被並列固定，且該雙柵汲取光學系統被安排 在該離子源之該汲取孔徑對面。 64·種離子源，能以商用離子佈植流水平供給離子汲 取系統所需離子，該離子源包括：一延長的電離室，由壁面 所包圍而形油含之-電離容積，其巾—壁面決定延長的汲 取孔控之位置與長度寬度大小，以使汲取系統將該離子流由 電離容積汲取出來； 一延長的電子搶’其與該汲取孔徑相對且平行，該延長 的電子搶設置大小位置鱼該雷離宕知 罝，、成电離至相配合，用於沿該電離室 主軸朝向該沒取孔徑，以發射一主電子方向之片形光束； 該電子搶包括-延長的電子發射極，維持於—發射極電 壓’及至少維持-平行延長電極維持在—實體地正電壓相對 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X (請先閱讀背面之注意事項再本頁) I I 訂· --線- 77 M111J A8 i - ~-~ -— D8___ 六、申請專利範圍 ^^ -：一- 於邊電子搶之該發射電壓，該主電子之該片形光束路 延展至一相鄰近的該延長的離子汲取孔徑之區域。二吊 65.如申請專利範圍第64項所述之離子源， 發射極包括—延長的線形或帶形之燈絲。 、子 6·如申明專利範圍第μ項所述之離子源，其中該電子 發射極位於該電離容積外側且該電極被定義在一入 至該容積。 67.如申請專利範圍第64項所述之離子源，其中該電子 極為一二極體排列。 — 、μ a 68·如申請專利範圍第64項所述之離子源，其中該電子 知包括至少兩個相互間隔電極及該發射極。 69.如申請專利範圍第68項所述之離子源，其中該等電 極中之一被定義在一入口孔徑至該電離室。 ▲々7〇·如申請專利範圍第68或69項所述之離子源，其中 該等電極中之一為一電子帶狀電極。 /、 ▲ 71·如申請專利範圍第68或69項所述之離子源，其中 該等電極中之一包括一網格狀電極。 /、 ?2·如申請專利範圍第64、65、66、67、68或69項所 ，離子源，其中該片狀電子束之形狀具有一厚度為該電離 室之該離子汲取孔徑之該寬度左右以内。 73·如申請專利範圍第64、仍、、67、⑽或⑽項所 述之離子源，其中該電離室被固定於一冷卻區及該延長的電 子發射極嵌入於該區中。 74·如申請專利範圍第64、65、66、67、68或69項所 78 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格GlO X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再本頁) 訂： ;練· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 述=子源’其中該延長的電子發射位於電離容 被安排曝露在塵力低於該電離容積内壓力之真空中。通 述之1^7請//咖第64、65、66、67、68或69項所 述之離子源，其中該電子搶加速/減速模式操作。 76.如巾請專㈣圍第64項所述之離子源 =束沿著該孔徑之該長度指向及1形電子束朝向= 特Λ如中請專利範圍第23項所述之離子佈植系統，盆中 離子知包括透鏡元件，該等透鏡元件中至少之-保料且 有大熱輪射表面積之一冷卻支樓架之熱傳送相關物、。 $ ^如巾請專利範圍第77項所述之離子佈植系統，其中 錢撐Μ括具有—長度之—延長的金 撐架支撐該等透鏡之該直徑。 大於°亥支 ▲ 79.如申請專利範圍第以項所述之離子佈植系統，其中 ::屬棒具有—延長的徑向表面積通常指向於相關的該電 子束之該軸之方向。 80. 如申請專利範圍第79項所述之離子佈植系統，並中 該電子搶^括複數的透鏡，被分別之棒所支撐，在相鄰的棒 1 等棒之忒延展的徑向表面積朝向每一其他棒能幅射 熱傳送，趨向於平衡該透鏡之該溫度。 81. 如申請專利範圍第77項所述之離子佈植系統，复中 至少之-冷卻支撐架具有一延展的徑向表面積通常指向於 相關的該電子束之該轴方向之橫切方向，以散失幅射熱於周
    82.如申請專利範圍第81項所述之離子佈植系統，其中 包括複數冷卻支撐架。 … 上/ 83·如申請專利範圍第22項所述之離子佈植系統，其中 5亥系統包含具有一系列之連續透鏡元件之一電子搶，相鄰之 該=透鏡元件被分別的透鏡支撐架支撐，相鄰之該等透鏡支 撐木具有延展的熱幅射表面積通常指向於該槍之該軸平行 方向，该等透鏡支撐架互相朝向，以熱傳送趨向於平衡個別 之忒等透鏡之該溫度，且延展熱幅射表面積指向於該電子束 軸方向之橫切方向，以散失幅射熱於周圍。— 84.如申請專利範圍第77、78、乃或8〇項所述之離子 布植系、洗其中至少一该支樓架或包括一夾钳或複數的夾钳 以接合分別的透鏡或複數的透鏡於熱傳送相關物。 (請先閱讀背面之注意事項再本頁) 訂- ;絲- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 80 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI386967B (zh) * 2003-10-17 2013-02-21 Applied Materials Inc 離子佈植機、離子佈植機電極，以及用於將離子佈植到基材之方法
CN108231529A (zh) * 2018-03-09 2018-06-29 威海蓝膜光热科技有限公司 低压磁控阴极离子源
TWI791831B (zh) * 2018-05-29 2023-02-11 美商克萊譚克公司 電子槍系統及使用電子槍系統的方法
US12046443B2 (en) 2021-11-22 2024-07-23 Applied Materials, Inc. Shield for filament in an ion source

Families Citing this family (94)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7064491B2 (en) * 2000-11-30 2006-06-20 Semequip, Inc. Ion implantation system and control method
JP3692999B2 (ja) * 2001-10-26 2005-09-07 日新イオン機器株式会社 イオン注入方法およびその装置
US6696792B1 (en) * 2002-08-08 2004-02-24 The United States Of America As Represented By The United States National Aeronautics And Space Administration Compact plasma accelerator
JP4544447B2 (ja) * 2002-11-29 2010-09-15 パナソニック株式会社 プラズマドーピング方法
WO2005060602A2 (en) * 2003-12-12 2005-07-07 Semequip, Inc. Controlling the flow of vapors sublimated from solids
US20080223409A1 (en) * 2003-12-12 2008-09-18 Horsky Thomas N Method and apparatus for extending equipment uptime in ion implantation
JP4901094B2 (ja) * 2004-11-30 2012-03-21 株式会社Ｓｅｎ ビーム照射装置
US7494852B2 (en) * 2005-01-06 2009-02-24 International Business Machines Corporation Method for creating a Ge-rich semiconductor material for high-performance CMOS circuits
US7511287B2 (en) * 2005-09-21 2009-03-31 Axcelis Technologies, Inc. Systems and methods that mitigate contamination and modify surface characteristics during ion implantation processes through the introduction of gases
JP4588602B2 (ja) * 2005-09-30 2010-12-01 株式会社トプコン 静電偏向器の製造方法
RU2376399C1 (ru) * 2005-12-05 2009-12-20 Улвак, Инк. Вакуумный затвор для вакуумного устройства
US20070178678A1 (en) * 2006-01-28 2007-08-02 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Methods of implanting ions and ion sources used for same
EP1826809A1 (en) * 2006-02-22 2007-08-29 FEI Company Particle-optical apparatus equipped with a gas ion source
JP2009535859A (ja) * 2006-05-01 2009-10-01 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 炭素を混合したｓｉ膜を使用した極浅接合形成の方法
WO2007146888A2 (en) * 2006-06-12 2007-12-21 Semequip, Inc. Vapor delivery to devices under vacuum
US7498592B2 (en) * 2006-06-28 2009-03-03 Wisconsin Alumni Research Foundation Non-ambipolar radio-frequency plasma electron source and systems and methods for generating electron beams
US7589333B2 (en) * 2006-09-29 2009-09-15 Axcelis Technologies, Inc. Methods for rapidly switching off an ion beam
US8803110B2 (en) * 2006-09-29 2014-08-12 Axcelis Technologies, Inc. Methods for beam current modulation by ion source parameter modulation
KR20090057093A (ko) 2006-10-30 2009-06-03 닛뽄 고쿠 덴시 고교 가부시키가이샤 가스 클러스터 이온빔에 의한 고체 표면의 평탄화 방법 및 고체 표면 평탄화 장치
US8013312B2 (en) * 2006-11-22 2011-09-06 Semequip, Inc. Vapor delivery system useful with ion sources and vaporizer for use in such system
TWI385699B (zh) * 2007-05-22 2013-02-11 Semequip Inc 用於自一離子源萃取離子之離子萃取系統
KR100877108B1 (ko) * 2007-06-29 2009-01-07 주식회사 하이닉스반도체 불균일 에너지 이온주입장치 및 이를 이용한 불균일 에너지이온주입방법
US8642959B2 (en) 2007-10-29 2014-02-04 Micron Technology, Inc. Method and system of performing three-dimensional imaging using an electron microscope
US20090166555A1 (en) * 2007-12-28 2009-07-02 Olson Joseph C RF electron source for ionizing gas clusters
US7700925B2 (en) * 2007-12-28 2010-04-20 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Techniques for providing a multimode ion source
TWI325146B (en) * 2008-02-05 2010-05-21 Advanced Ion Beam Tech Inc Method and device of ion source generation
US7915597B2 (en) * 2008-03-18 2011-03-29 Axcelis Technologies, Inc. Extraction electrode system for high current ion implanter
US9981147B2 (en) * 2008-05-22 2018-05-29 W. Davis Lee Ion beam extraction apparatus and method of use thereof
US7812321B2 (en) * 2008-06-11 2010-10-12 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Techniques for providing a multimode ion source
US7759657B2 (en) 2008-06-19 2010-07-20 Axcelis Technologies, Inc. Methods for implanting B22Hx and its ionized lower mass byproducts
US8227768B2 (en) * 2008-06-25 2012-07-24 Axcelis Technologies, Inc. Low-inertia multi-axis multi-directional mechanically scanned ion implantation system
US9997325B2 (en) * 2008-07-17 2018-06-12 Verity Instruments, Inc. Electron beam exciter for use in chemical analysis in processing systems
US8809800B2 (en) * 2008-08-04 2014-08-19 Varian Semicoductor Equipment Associates, Inc. Ion source and a method for in-situ cleaning thereof
WO2010036621A2 (en) * 2008-09-25 2010-04-01 Applied Materials, Inc. Defect-free junction formation using octadecaborane self-amorphizing implants
US7897945B2 (en) * 2008-09-25 2011-03-01 Twin Creeks Technologies, Inc. Hydrogen ion implanter using a broad beam source
US9685186B2 (en) * 2009-02-27 2017-06-20 Applied Materials, Inc. HDD pattern implant system
SG10201401235YA (en) * 2009-04-10 2014-09-26 Applied Materials Inc Use special ion source apparatus and implant with molecular ions to process hdd (high density magnetic disks) with patterned magnetic domains
EP3905300A3 (en) * 2009-05-15 2022-02-23 Alpha Source, Inc. Ecr particle beam source apparatus
US8492978B2 (en) * 2009-09-14 2013-07-23 L-3 Communications Corporation Dual element switched electron gun
US20110070724A1 (en) 2009-09-21 2011-03-24 Applied Materials, Inc. Defect-free junction formation using octadecaborane self-amorphizing implants
US8253118B2 (en) 2009-10-14 2012-08-28 Fei Company Charged particle beam system having multiple user-selectable operating modes
US9224416B2 (en) 2012-04-24 2015-12-29 Seagate Technology Llc Near field transducers including nitride materials
US8427925B2 (en) 2010-02-23 2013-04-23 Seagate Technology Llc HAMR NFT materials with improved thermal stability
US9251837B2 (en) 2012-04-25 2016-02-02 Seagate Technology Llc HAMR NFT materials with improved thermal stability
US8436318B2 (en) * 2010-04-05 2013-05-07 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Apparatus for controlling the temperature of an RF ion source window
EP2561540A4 (en) * 2010-04-09 2014-06-11 E A Fischione Instr Inc IMPROVED ION SOURCE
US8143590B2 (en) * 2010-07-16 2012-03-27 Wang Tsai-Cheng Ion source apparatus
US20130164454A1 (en) * 2011-04-07 2013-06-27 Seagate Technology Llc Methods of forming layers
CN102789945A (zh) * 2011-05-17 2012-11-21 上海凯世通半导体有限公司 用于产生带状束流的热阴极离子源***
CN107611258A (zh) 2011-11-23 2018-01-19 应用材料公司 用于氧化硅化学气相沉积光刻胶平坦化的方法
CN104303265B (zh) 2012-02-03 2018-08-14 希捷科技有限公司 形成层的方法
JP5822767B2 (ja) * 2012-03-22 2015-11-24 住友重機械イオンテクノロジー株式会社 イオン源装置及びイオンビーム生成方法
US9093372B2 (en) * 2012-03-30 2015-07-28 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Technique for processing a substrate
US8710620B2 (en) * 2012-07-18 2014-04-29 Infineon Technologies Ag Method of manufacturing semiconductor devices using ion implantation
GB2518122B (en) 2013-02-19 2018-08-08 Markes International Ltd An electron ionisation apparatus
GB2562170B (en) * 2013-02-19 2019-02-06 Markes International Ltd A method of ionising analyte molecules for analysis
US9184019B2 (en) * 2013-03-14 2015-11-10 Schlumberger Technology Corporation Ion source having negatively biased extractor
US9142386B2 (en) 2013-03-15 2015-09-22 Nissin Ion Equipment Co., Ltd. Ion beam line
US9865422B2 (en) 2013-03-15 2018-01-09 Nissin Ion Equipment Co., Ltd. Plasma generator with at least one non-metallic component
US8994272B2 (en) 2013-03-15 2015-03-31 Nissin Ion Equipment Co., Ltd. Ion source having at least one electron gun comprising a gas inlet and a plasma region defined by an anode and a ground element thereof
US9275819B2 (en) 2013-03-15 2016-03-01 Nissin Ion Equipment Co., Ltd. Magnetic field sources for an ion source
US9502213B2 (en) 2013-03-15 2016-11-22 Nissin Ion Equipment Co., Ltd. Ion beam line
US8830800B1 (en) 2013-06-21 2014-09-09 Seagate Technology Llc Magnetic devices including film structures
US9280989B2 (en) 2013-06-21 2016-03-08 Seagate Technology Llc Magnetic devices including near field transducer
JP6038843B2 (ja) 2013-06-24 2016-12-07 シーゲイト テクノロジー エルエルシーＳｅａｇａｔｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＬＬＣ 少なくとも１つの相互混合層を含む装置
US9058824B2 (en) 2013-06-24 2015-06-16 Seagate Technology Llc Devices including a gas barrier layer
US9245573B2 (en) 2013-06-24 2016-01-26 Seagate Technology Llc Methods of forming materials for at least a portion of a NFT and NFTs formed using the same
US9502070B2 (en) 2013-06-24 2016-11-22 Seagate Technology Llc Materials for near field transducers, near field tranducers containing same, and methods of forming
US9852887B2 (en) * 2013-08-23 2017-12-26 Advanced Ion Beam Technology, Inc. Ion source of an ion implanter
US9570098B2 (en) 2013-12-06 2017-02-14 Seagate Technology Llc Methods of forming near field transducers and near field transducers formed thereby
US9697856B2 (en) 2013-12-06 2017-07-04 Seagate Techology LLC Methods of forming near field transducers and near field transducers formed thereby
US9570271B2 (en) * 2014-03-03 2017-02-14 Praxair Technology, Inc. Boron-containing dopant compositions, systems and methods of use thereof for improving ion beam current and performance during boron ion implantation
US9822444B2 (en) 2014-11-11 2017-11-21 Seagate Technology Llc Near-field transducer having secondary atom higher concentration at bottom of the peg
US9552833B2 (en) 2014-11-11 2017-01-24 Seagate Technology Llc Devices including a multilayer gas barrier layer
US9620150B2 (en) 2014-11-11 2017-04-11 Seagate Technology Llc Devices including an amorphous gas barrier layer
WO2016077197A1 (en) 2014-11-12 2016-05-19 Seagate Technology Llc Devices including a near field transducer (nft) with nanoparticles
US10192573B2 (en) 2015-03-22 2019-01-29 Seagate Technology Llc Devices including metal layer
WO2016191666A1 (en) 2015-05-28 2016-12-01 Seagate Technology Llc Near field transducers (nfts) including barrier layer and methods of forming
WO2016191707A1 (en) 2015-05-28 2016-12-01 Seagate Technology Llc Multipiece near field transducers (nfts)
US9697988B2 (en) 2015-10-14 2017-07-04 Advanced Ion Beam Technology, Inc. Ion implantation system and process
US9852748B1 (en) 2015-12-08 2017-12-26 Seagate Technology Llc Devices including a NFT having at least one amorphous alloy layer
US9607800B1 (en) * 2016-03-16 2017-03-28 Nonsequitur Technologies, Inc. High brightness electron impact ion source
US9941094B1 (en) 2017-02-01 2018-04-10 Fei Company Innovative source assembly for ion beam production
DE112017007408B4 (de) * 2017-04-06 2021-01-28 Ulvac, Inc. Ionenquelle und Ionenimplantationsvorrichtung
US10342114B2 (en) * 2017-09-15 2019-07-02 Axcelis Technologies, Inc. RF resonator for ion beam acceleration
JP6843089B2 (ja) * 2018-04-09 2021-03-17 東京エレクトロン株式会社 結露防止方法および処理装置
KR102661678B1 (ko) * 2018-04-26 2024-04-26 내셔널 유니버시티 코포레이션 토카이 내셔널 하이어 에듀케이션 앤드 리서치 시스템 원자선 발생 장치, 접합 장치, 표면 개질 방법 및 접합 방법
EP3588533A1 (en) * 2018-06-21 2020-01-01 Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk onderzoek TNO Plasma source and method of operating the same
US10923309B2 (en) * 2018-11-01 2021-02-16 Applied Materials, Inc. GeH4/Ar plasma chemistry for ion implant productivity enhancement
CN111199858B (zh) * 2018-11-20 2023-09-05 中国电子科技集团公司第四十八研究所 一种成形宽带离子束注入机
US11011528B2 (en) 2019-05-08 2021-05-18 International Business Machines Corporation Asymmetric gate edge spacing for SRAM structures
DE102019208278A1 (de) * 2019-06-06 2019-08-01 Carl Zeiss Smt Gmbh Ionisierungseinrichtung und Massenspektrometer
US11690160B2 (en) * 2019-09-10 2023-06-27 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Plasma photonic crystals with integrated plasmonic arrays in a microtubular frame
CN115279009B (zh) * 2022-07-15 2024-02-20 中国原子能科学研究院 一种宽能大束斑电子加速器

Family Cites Families (54)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3408494A (en) * 1966-04-19 1968-10-29 Varian Associates Particle velocity sorter using an r.f. transverse electric space harmonic and a transverse bias field
JPS4847890A (zh) 1971-10-18 1973-07-06
US3915757A (en) 1972-08-09 1975-10-28 Niels N Engel Ion plating method and product therefrom
US3908183A (en) 1973-03-14 1975-09-23 California Linear Circuits Inc Combined ion implantation and kinetic transport deposition process
US3955091A (en) * 1974-11-11 1976-05-04 Accelerators, Inc. Method and apparatus for extracting well-formed, high current ion beams from a plasma source
JPS53114945A (en) 1977-03-12 1978-10-06 Toyo Boseki Apparatus for treatment of sliver
US4315153A (en) * 1980-05-19 1982-02-09 Hughes Aircraft Company Focusing ExB mass separator for space-charge dominated ion beams
US4481062A (en) * 1982-09-02 1984-11-06 Kaufman Harold R Electron bombardment ion sources
US4714834A (en) * 1984-05-09 1987-12-22 Atomic Energy Of Canada, Limited Method and apparatus for generating ion beams
JPS61253734A (ja) 1985-05-07 1986-11-11 Ulvac Corp イオン源
JPH0641095B2 (ja) 1986-09-24 1994-06-01 豊田工機株式会社 数値制御研削盤
JPH0191431A (ja) * 1987-04-16 1989-04-11 Sumitomo Eaton Noba Kk イオン打ち込み装置におけるウエハ帯電量検知装置
EP0339554A3 (de) * 1988-04-26 1989-12-20 Hauzer Holding B.V. Hochfrequenz-Ionenstrahlquelle
US4883968A (en) * 1988-06-03 1989-11-28 Eaton Corporation Electron cyclotron resonance ion source
JP2869557B2 (ja) * 1989-02-16 1999-03-10 東京エレクトロン株式会社 電子ビーム励起イオン源
US5026997A (en) * 1989-11-13 1991-06-25 Eaton Corporation Elliptical ion beam distribution method and apparatus
JPH03276546A (ja) 1990-03-27 1991-12-06 Shimadzu Corp イオン源
JP2866705B2 (ja) 1990-04-24 1999-03-08 日本真空技術株式会社 イオン注入装置
US5270831A (en) * 1990-09-14 1993-12-14 Eastman Kodak Company Storage and playback of digitized images in digital database together with presentation control file to define image orientation/aspect ratio
JPH05106037A (ja) 1991-10-16 1993-04-27 Mitsubishi Electric Corp イオン注入装置及びその制御方法
JPH05144397A (ja) 1991-11-20 1993-06-11 Mitsubishi Electric Corp イオン源
US5466929A (en) * 1992-02-21 1995-11-14 Hitachi, Ltd. Apparatus and method for suppressing electrification of sample in charged beam irradiation apparatus
JPH0793125B2 (ja) 1992-05-13 1995-10-09 日新ハイボルテージ株式会社 負イオン注入方法
JP2731886B2 (ja) * 1993-04-27 1998-03-25 ▲巌▼ 大泊 シングルイオン注入装置及び方法
JPH07153419A (ja) 1993-12-02 1995-06-16 Res Dev Corp Of Japan 圧力測定又は質量分析用イオン化室
US5420437A (en) 1994-01-11 1995-05-30 Siess; Harold E. Method and apparatus for generation and implantation of ions
US5420415A (en) * 1994-06-29 1995-05-30 Eaton Corporation Structure for alignment of an ion source aperture with a predetermined ion beam path
US5531420A (en) * 1994-07-01 1996-07-02 Eaton Corporation Ion beam electron neutralizer
JPH0817376A (ja) 1994-07-01 1996-01-19 Mitsubishi Electric Corp イオン源およびイオン注入装置
US5523652A (en) * 1994-09-26 1996-06-04 Eaton Corporation Microwave energized ion source for ion implantation
US5576600A (en) * 1994-12-23 1996-11-19 Dynatenn, Inc. Broad high current ion source
JP3339981B2 (ja) * 1995-01-23 2002-10-28 新日本製鐵株式会社 鉄基材料の表面処理方法
US5563418A (en) * 1995-02-17 1996-10-08 Regents, University Of California Broad beam ion implanter
JP4365895B2 (ja) 1995-04-26 2009-11-18 株式会社日立製作所 イオンビーム装置
US5811823A (en) * 1996-02-16 1998-09-22 Eaton Corporation Control mechanisms for dosimetry control in ion implantation systems
US5760405A (en) * 1996-02-16 1998-06-02 Eaton Corporation Plasma chamber for controlling ion dosage in ion implantation
US6239440B1 (en) 1996-03-27 2001-05-29 Thermoceramix, L.L.C. Arc chamber for an ion implantation system
US5914494A (en) 1996-03-27 1999-06-22 Thermoceramix, Llc Arc chamber for an ion implantation system
US5857889A (en) 1996-03-27 1999-01-12 Thermoceramix, Llc Arc Chamber for an ion implantation system
US6022258A (en) 1996-03-27 2000-02-08 Thermoceramix, Llc ARC chamber for an ion implantation system
US6137231A (en) * 1996-09-10 2000-10-24 The Regents Of The University Of California Constricted glow discharge plasma source
US6388381B2 (en) * 1996-09-10 2002-05-14 The Regents Of The University Of California Constricted glow discharge plasma source
US5852345A (en) * 1996-11-01 1998-12-22 Implant Sciences Corp. Ion source generator auxiliary device for phosphorus and arsenic beams
JPH1186778A (ja) 1997-09-08 1999-03-30 Shimadzu Corp イオン化装置
JP3627206B2 (ja) 1997-11-28 2005-03-09 住友イートンノバ株式会社 イオン注入装置及びイオン注入方法
US6016036A (en) * 1998-01-28 2000-01-18 Eaton Corporation Magnetic filter for ion source
JP2000268740A (ja) 1999-03-19 2000-09-29 Toshiba Corp イオン発生装置、イオン照射装置、イオン照射方法、及び半導体装置の製造方法
US6294862B1 (en) * 1998-05-19 2001-09-25 Eaton Corporation Multi-cusp ion source
US6130436A (en) * 1998-06-02 2000-10-10 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Acceleration and analysis architecture for ion implanter
JP4029495B2 (ja) * 1998-09-16 2008-01-09 日新イオン機器株式会社 イオン源
US6094012A (en) * 1998-11-06 2000-07-25 The Regents Of The University Of California Low energy spread ion source with a coaxial magnetic filter
AU2430601A (en) * 1999-12-13 2001-06-18 Semequip, Inc. Ion implantation ion source, system and method
US6583428B1 (en) 2000-09-26 2003-06-24 Axcelis Technologies, Inc. Apparatus for the backside gas cooling of a wafer in a batch ion implantation system
US7064491B2 (en) 2000-11-30 2006-06-20 Semequip, Inc. Ion implantation system and control method

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI386967B (zh) * 2003-10-17 2013-02-21 Applied Materials Inc 離子佈植機、離子佈植機電極，以及用於將離子佈植到基材之方法
CN108231529A (zh) * 2018-03-09 2018-06-29 威海蓝膜光热科技有限公司 低压磁控阴极离子源
CN108231529B (zh) * 2018-03-09 2024-04-05 晓睿真空设备(嘉兴)有限公司 低压磁控阴极离子源
TWI791831B (zh) * 2018-05-29 2023-02-11 美商克萊譚克公司 電子槍系統及使用電子槍系統的方法
US12046443B2 (en) 2021-11-22 2024-07-23 Applied Materials, Inc. Shield for filament in an ion source

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010267623A (ja) 2010-11-25
US20060238133A1 (en) 2006-10-26
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US20040104682A1 (en) 2004-06-03
JP5026711B2 (ja) 2012-09-19

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