用於串列式加速器的偏置電極的製作方法

2024-03-31 17:00:05 2

技術領域

本發明的實施例是針對一種串列式加速器，和使用所述串列式加速器的離子植入系統。

背景技術：

串列式加速器用於朝向目標(常常是半導體工件)加速離子。串列式加速器如此被命名是因為，其加速離子束兩次。串列式加速器包含在正性漸強電壓下偏置的多個輸入電極和在正性漸弱電壓下偏置的多個輸出電極，其中正偏置端子安置於這兩種多個電極之間。

為產生經加速離子束，朝向正端子加速負離子束。此負離子束被去除端子中的電子以變成正離子束。正離子束隨後朝向正性較弱輸出電極加速而遠離正端子。

為去除負離子束的電子，負離子束進入去除管。中性分子也饋送到去除管中。隨著負離子通過中性分子，從負離子去除電子，從而將其變換為正離子。這些正離子隨後從正端子朝向負性較強輸出電極吸引。

理想地，僅從原始負離子產生的正離子通過串列式加速器。然而，在一些情況下，其它離子(例如來自中性分子的正離子)也通過串列式加速器。這些非所要離子可能汙染工件且減小植入過程的良率。

因此，如果存在一種用於在不引入非想要離子的情況下產生高能量離子束的改進的串列式加速器，將是有益的。

技術實現要素：

本發明揭示一種具有改進的性能的串列式加速器和離子植入機。所述串列式加速器包含多個輸入電極、多個輸出電極和安置在其間的高電壓端子。高電壓端子包含去除管。中性分子注射到去除管中，這從傳入的負離子束移除電子。所得正離子朝向所述多個輸出電極加速。為減小退出去除管的非所要正離子的量，偏置電極安置在去除管的入口和出口處。偏置電極以大於施加到所述端子的第一電壓的第二電壓偏置。偏置電極排斥緩慢移動的正離子，從而防止其退出去除管和汙染工件及輸出電極。

在一個實施例中，揭示一種串列式加速器。所述串列式加速器包括多個輸入電極；多個輸出電極；端子，其安置於所述多個輸入電極的最內電極與所述多個輸出電極的最內電極之間，所述端子以第一電壓偏置；去除管，其安置在所述端子中，具有接近所述多個輸入電極的入口、接近所述多個輸出電極的出口，和用於引入去除劑氣體的注射導管；以及第一偏置電極，其安置於去除管的出口與所述多個輸出電極的最內電極之間，所述第一偏置電極以比第一電壓正性更強的第二電壓偏置。

在另一實施例中，揭示一種串列式加速器。所述串列式加速器包括多個輸入電極；多個輸出電極；端子，其安置於所述多個輸入電極的最內電極與所述多個輸出電極的最內電極之間，所述端子以第一電壓偏置；以及去除管，其安置在所述端子中，具有接近所述多個輸入電極的入口、接近所述多個輸出電極的出口，和用於引入去除劑氣體的注射導管；其中所述多個輸出電極的最內電極以比第一電壓正性更強的第二電壓偏置。

在另一實施例中，揭示一種離子植入系統。所述離子植入系統包括負離子束源；以及串列式加速器，所述串列式加速器將來自負離子束源的負離子束轉換為正離子束，所述串列式加速器包括多個輸入電極；多個輸出電極；端子，其安置於所述多個輸入電極的最內電極與所述多個輸出電極的最內電極之間，所述端子以第一電壓偏置；去除管，其安置在所述端子中，具有接近所述多個輸入電極的入口、接近所述多個輸出電極的出口，和用於引入去除劑氣體的注射導管；以及第一偏置電極，其安置於去除管的出口與所述多個輸出電極的最內電極之間，所述第一偏置電極以比第一電壓正性更強的第二電壓偏置。

附圖說明

為了更好地理解本發明，將參考附圖，附圖以引用的方式併入本文中，且其中：

圖1顯示串列式加速器的第一實施例。

圖2顯示串列式加速器的第二實施例。

圖3顯示串列式加速器的第三實施例。

圖4顯示串列式加速器的第四實施例。

圖5顯示使用根據先前實施例中的任一個的串列式加速器的離子植入系統。

具體實施方式

揭示一種改進的串列式加速器和一種使用所述改進的串列式加速器的離子植入系統。所述改進的串列式加速器抑制或減少來自去除管的非所要正離子的通過。偏置電極安置於去除管的出口與所述多個輸出電極之間。正偏置電極抑制或減少緩慢移動的正離子的通過，而不影響高速離子的通過，從而產生工件中的較少汙染。

圖1顯示串列式加速器100的第一實施例。串列式加速器100包括多個輸入電極20。這些輸入電極20可為任何合適的導電材料，例如鈦或其它金屬。輸入電極20中的每一個以正性漸強的電壓偏置。最外輸入電極20a可接地。後續輸入電極(即，第二輸入電極20b、第三輸入電極20c和最內輸入電極20d)中的每一個經由例如具有超過1MΩ的電阻的電阻器23連接到先前輸入電極。當然，輸入電極20的數目不限於4，或任何其它特定數目。在一些實施例中，輸入電極20的數目可為20或更大。

最接近於端子30的最內輸入電極20d還可經由電阻器23連接到端子30。如果所有電阻器23具有相等值，那麼每一輸入電極20的電壓具有增加的量值，其中鄰近輸入電極20之間的電壓的增加為常數。舉例來說，如果端子30偏置到第一電壓(例如4MV)且使用四個輸入電極20，那麼最外輸入電極20a的電壓為0V。第二輸入電極20b以1MV偏置，第三輸入電極20c以2MV偏置。最內輸入電極20d以3MV偏置。此外，雖然以上實例假定所有電阻器23的值相同，但本發明不限於此實施例。電阻器23可各自具有不同值，或可具有相同值。此外，雖然以上實例揭示4MV的第一電壓，可使用其它電壓，且本發明不限於任何特定值。

在一些實施例中，輸入電極20中的每一個中的孔隙的大小變化。在一些實施例中，孔隙在導向端子30的每一輸入電極20中變得逐漸較小。舉例來說，最外輸入電極20a可具有最寬孔隙，而最內輸入電極20d可具有最小孔隙。最外輸入電極20a與最內輸入電極20d(即第二輸入電極20b與第三輸入電極20c)之間的輸入電極的孔隙可逐漸地較小。

輸入電極20的孔隙導向安置在端子30內的去除管40。端子30和去除管40相對於最外輸入電極20a正偏置。在一些實施例中，端子30和去除管40相對於所有輸入電極20正偏置。舉例來說，最外輸入電極20a可接地，而端子30偏置到第一電壓，所述第一電壓可為(例如)幾百萬伏。去除管40可以與端子30相同的電壓偏置。換句話說，去除管40也以第一電壓偏置。去除管40還包含其中注射去除劑氣體的注射導管41。去除劑氣體可包括中性分子。這些中性分子可為任何合適的物質，例如(但不限於)氬和氮。去除管40具有安置於與所述多個輸入電極20相同側上的入口42。去除管40的出口43與所述多個輸出電極25連通。

所述多個輸出電極25可為輸入電極20的鏡像，其中輸出電極25中的孔隙變大，從而移動遠離端子30。舉例來說，最內輸出電極25d可具有最小孔隙。鄰近輸出電極(即第二輸出電極25c和第三輸出電極25b)的孔隙可逐漸變大，而最外輸出電極25a具有最大孔隙。這些輸出電極25可為任何合適的導電材料，例如鈦或其它金屬。

輸出電極25還可經由一系列電阻器28電連接。如上文所描述，最內輸出電極25d可經由電阻器28連接到端子30。每一鄰近輸出電極25可經由電阻器連接到先前輸出電極25。最外輸出電極25a可接地。以此方式，每一輸出電極25變得正性漸弱，從而移動遠離端子30。

在一些實施例中，串列式加速器100可容納在外殼(未圖示)內，外殼可由鋼製成。絕緣體(未圖示)(其可為玻璃)可安置於電極中的每一個之間以防止電極之間的電弧。絕緣體還可用以允許在串列式加速器的其中離子束通過的區中產生真空。絕緣氣體(例如SF6)也可安置在外殼中。

偏置電極60a、60b安置在端子30內。這些偏置電極60a、60b分別安置成接近於去除管40的入口42和出口43。這些偏置電極60a、60b例如通過電源80相對於端子30正偏置。換句話說，偏置電極60a、60b可以比端子30偏置時所處的第一電壓大(即正性更強)的第二電壓偏置。在一些實施例中，第二電壓可比第一電壓大約100-2000伏，但可使用其它值。在一些實施例中，電源80參考至端子30。

串列式加速器100操作如下。產生所要物質的負離子束10。此負離子束10可以若干方式產生。在一個實施例中，可以傳統方式例如使用Bernas或IHC離子源產生正離子束。退出離子源的正離子束可耦合到Mg電荷交換單元，所述Mg電荷交換單元將正離子束變換為負離子束10。當然，用於產生負離子束10的其它機構是此項技術中已知的。用於產生負離子束10的機構並不受本揭示內容限制。

所要物質的負離子束10導向串列式加速器100。負離子束10吸引到串列式加速器100中，且朝向正偏置的端子30。

隨著負離子束10穿過輸入電極20中的孔隙，負離子增加速度，因為輸入電極20變得正性漸強地偏置。

這些極快移動的負離子進入去除管40的入口42，與安置在其中的中性分子碰撞。這些中性分子往往會從負離子束10去除電子，從而產生所要物質的正離子。

所要物質的這些正離子隨後通過以正性漸弱電壓偏置的輸出電極25從去除管40的出口43汲出，從而形成正離子束50。因此，離子被加速兩次；第一次作為負離子束10通過輸入電極20，且接著作為正離子束50通過輸出電極25。

理想地，僅形成負離子束10的所要物質變換成正離子且加速穿過輸出電極25。然而，其它物質也可變換成正離子且加速穿過輸出電極25。

舉例來說，在一些實施例中，去除劑氣體中的中性分子變為帶正電且加速穿過輸出電極25。舉例來說，去除劑氣體可為氬。當負離子束10與氬分子碰撞時，可形成非所要氬離子，例如Ar+。此外，在一些實施例中，絕緣氣體的分子可經由與負離子束10的碰撞而洩漏到去除管40中且變得帶正電，並加速穿過輸出電極25。如果絕緣氣體為SF6，那麼額外非所要離子可為S+和F+。此外，如果去除管40為石墨，那麼可在去除管40中通過初級離子束濺鍍產生非所要C+離子。這些非所要正離子可在去除管40中產生且可由輸出電極25提取作為正離子束50的一部分。這些其它物質是不合需要的，且可影響植入物質量和良率。此外，在一些情況下，這些不合需要的物質碰撞或撞擊輸出電極25，從而致使輸出電極25的汙染。

這些不合需要的正離子通常比所要物質的較快移動的離子移動得慢得多。因此，有可能在去除管40中通過使用偏置電極60a、60b而含有這些不合需要的正離子。如上文所描述，這些偏置電極60a、60b相對於端子30和去除管40正偏置。因此，其傾向於排斥來自去除管40的緩慢移動的正離子回到去除管40中。偏置電極60a、60b為導電的，且可為石墨或其它金屬。

然而，施加到偏置電極60a、60b的第二電壓相對於第一電壓的量值可較小，且在減緩或排斥從負離子束10產生的所要物質的較快移動的正離子方面效率低下。然而，第二電壓與第一電壓之間的此正電壓差足以排斥緩慢移動的正離子，例如從去除劑氣體的分子或從絕緣氣體的分子產生的帶正電離子。

施加到偏置電極60a、60b的第二電壓可比第一電壓大幾百或幾千伏。舉例來說，在一個實施例中，第一電壓可為750kV，而第二電壓可比第一電壓大140V，但本發明不限於任何特定值。在一些實施例中，第一電壓和第二電壓之間的差相比於第一電壓(即140V相比於750kV)的比率可小於.1％。在其它實施例中，此比率可小於.05％。在另外其它實施例中，此比率可小於.02％。如上文所描述，可使用抑制從去除劑氣體或絕緣氣體產生的緩慢移動的正離子但並不抑制所要物質的快速移動的正離子的通過的任何第二電壓。

在此實施例中，這些偏置電極60a、60b安置在端子30內，接近去除管40的入口42和出口43。偏置電極60a、60b與去除管40和端子30隔開或以其它方式絕緣，因為其維持在正性稍強的第二電壓處。電源80可參考至端子30且可為常規電源，或可為電池或其它電源。

圖2顯示串列式加速器200的第二實施例。在此實施例中，所有類似組件被給定相同參考標號，且將不再次描述。因此，圖2應相對於圖1的實施例解釋。在此實施例中，偏置電極70a、70b安置在端子30外部。這些偏置電極70a、70b分別安置於端子30與最內輸入電極20d和最內輸出電極25d之間。偏置電極70a、70b例如通過電源80以比端子30的第一電壓大的第二電壓偏置。偏置電極70a、70b與最內輸入電極20d、最內輸出電極25d和端子30分離或以其它方式絕緣。如同先前實施例，偏置電極70a安置於最內輸入電極20d與去除管40的入口42之間。偏置電極70b安置於最內輸出電極25d與去除管40的出口43之間。

圖3顯示串列式加速器300的另一實施例。此串列式加速器300等同於圖2的串列式加速器200，只是僅單一偏置電極70安置於端子30的出口側上。因為可能是非所要離子通過輸出電極25導致減小的良率和質量，所以在一些實施例中，端子30的入口側上的偏置電極可移除。應注意，圖1的實施例還可視需要經修改以僅在端子30的出口側上包含偏置電極60b。

圖1-3的實施例均包含具有以正性漸強電壓偏置的多個輸入電極20、以正性漸弱電壓偏置的多個輸出電極25以及以第一電壓偏置的安置在其間的端子30的串列式加速器。在每一實施例中，去除管40安置在端子30中，且第一偏置電極安置於去除管40的出口43與最內輸出電極25d之間。在一些實施例中，第一偏置電極安置在端子30內(參看圖1)，而在其它實施例中，第一偏置電極安置在端子30外部(參看圖2-3)。第一偏置電極以第二電壓偏置，第二電壓與施加到端子30的第一電壓相比正性較強，以排斥緩慢移動的正離子回到去除管40中。

在一些實施例中，第二偏置電極安置於去除管40的入口42與最內輸入電極20d之間。在一些實施例中，第二偏置電極安置在端子30內(參看圖1)，而在其它實施例中，第二偏置電極安置在端子30外部(參看圖2)。第二偏置電極還可以第二電壓偏置，第二電壓與施加到端子30的第一電壓相比正性較強，以排斥緩慢移動的正離子回到去除管40中。

圖4顯示另一實施例。在此實施例中，串列式加速器400並不包含分離的偏置電極，如圖1-3中顯示。實際上，最內輸出電極25d以第二電壓偏置，第二電壓與施加到端子30(例如通過使用電源80)的第一電壓相比正性較強。以此方式，最內輸出電極25d執行與先前實施例的第一偏置電極相同的功能。在一些實施例中，最內輸入電極20d可以比端子30正性更強的電壓類似地偏置。在其它實施例中，最內輸入電極20d可經由電阻器23耦合到端子30(參看圖3)。

圖4中顯示的實施例可通過將最內輸出電極25d和最內輸入電極20d耦合到電源80的輸出而非端子30(如先前實施例中所進行)來產生。

在圖4中顯示的實施例中，第二輸出電極25c經由電阻器28電耦合到端子30。類似地，第三輸入電極20c經由電阻器28電耦合到端子30。

在另一實施例中，第二輸出電極25c可例如經由電阻器電耦合到最內輸出電極25d。此電阻器可為與用於耦合其它輸出電極(即，第三輸出電極25b和最外輸出電極25a)的電阻器28的值不同的值。在其它實施例中，此電阻器可為相同值。在這些實施例中，儘管最內輸出電極25d處於大於施加到端子30的第一電壓的第二電壓，但第二輸出電極25c、第三輸出電極25b和最外輸出電極25a各自處於比端子30正性更弱的電壓處。

最內輸出電極25d和任選地最內輸入電極20d隨後用以排斥緩慢移動的正離子朝向端子30回去。因此，在此實施例中，串列式加速器400包括以正性漸強電壓偏置的多個輸入電極20、以正性漸弱電壓偏置的多個輸出電極25以及安置在其間以第一電壓偏置的端子30。去除管40安置在端子30中。在此實施例中，至少最內輸出電極25d以比第一電壓正性更強的第二電壓偏置。

因此，類似於先前實施例，此實施例包含安置成接近於去除管40的出口43的最內輸出電極25d，去除管40的出口43以比施加到端子30的第一電壓正性更強的第二電壓偏置。此外，在一些實施例中，最內輸入電極20d安置成接近於去除管40的入口42，且也以第二電壓偏置。

本文中所描述的串列式加速器中的任一個可用作離子植入系統中的組件。圖5顯示包含根據先前實施例中的任一個的串列式加速器的代表性離子植入系統。

離子植入系統包括負離子束源500，其用於產生負離子束。如上文所描述，此可為用於產生正離子束的傳統離子源，其中Mg交換單元耦合到離子源的輸出。負離子束源500的輸出可導向質量分析儀510，質量分析儀510僅允許特定物質的離子通過。退出質量分析儀510的離子導向串列式加速器520，其中其由所述組輸入電極朝向端子加速。此串列式加速器520可為圖1到4中描述的那些實施例中的任一個。在這些實施例中的每一個中，在安置在端子內的去除管中從負離子束去除電子，且通過輸出電極加速正離子束離開串列式加速器520。正離子束接著可導向過濾器530，過濾器530允許僅特定電荷的離子通過。在其它實施例中，可不採用過濾器。過濾器530的輸出可通過掃描儀和準直器540，其用以產生含有所要物質的離子的最終離子束。掃描儀和準直器的輸出隨後導向工件550。

本文中所描述的串列式加速器和離子植入系統可減小退出串列式加速器的非想要離子的數目。如上文所描述，由去除劑氣體或絕緣氣體形成的非想要正離子可能汙染工件或輸出電極。此可減小正形成的裝置(例如CMOS圖像傳感器)的製造良率，或不利地影響串列式加速器的性能。通過在去除管的出口處引入偏置電極，較慢移動的離子(通常由去除劑氣體或絕緣氣體形成)可被排斥且包含在去除管內，而所要離子朝向輸出電極加速。

本發明在範圍上不受本文中描述的特定實施例限制。實際上，根據以上描述和附圖，除本文中所描述的那些實施例和修改外，本發明的其它各種實施例和對本發明的修改對所屬領域的一般技術人員將是顯而易見的。因此，這些其它實施例和修改希望落在本發明的範圍內。此外，儘管本文已出於特定目的在特定環境下在特定實施方案的上下文中描述了本發明，但所屬領域的一般技術人員將認識到其有用性並不限於此，並且出於任何數目的目的，本發明可以有利地在任何數目的環境中實施。因此，應鑑於如本文所描述的本發明的整個廣度和精神來解釋上文闡述的權利要求。