用于超浅结注入的离子源装置

摘要

本发明提供了一种用于超浅结注入的离子源装置，包括：起弧室；对靶溅射装置，位于所述起弧室下方；其特征在于，所述对靶溅射装置包括冷却装置，对靶材进行冷却。本发明在离子源中引入了小型对靶溅射装置，并辅以强冷却系统，为起弧室提供了足够的分子电离，有效地提高了注入的效率和可靠性。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造装置领域，特别是涉及一种用于超浅结注 入的离子源装置。

背景技术

当集成电路制备工艺发展到45纳米以下后，短沟道效应对器件的 影响越来越明显，源漏区pn结耗尽层在沟道区内的扩展变得不可忽 略，栅压控制的耗尽层电荷减少，使阈值电压降低。此外，短沟器件 中，漏极发出的电力线穿透到源区附近，造成源区附近势垒降低，这 种漏感应势垒降低(DIBL)效应也会使得阈值电压下降。

抑制短沟道效应的方法之一就是制备具有超浅结的源漏延伸区， 即在源漏注入前通过一步预非晶化注入和一步超低能中等剂量的掺 杂注入先制备一个超浅结结构，降低源-衬和漏-衬的耗尽层宽度，从 而起到对短沟道效应的抑制作用。对于P型掺杂，注入机一般由离子 源通入BF₃电离化产生B+或BF₂+离子。但在源漏延伸区进行P型掺杂时， 由于硼(B)在低能注入(＜5Key)时为了获得足够大的束流往往采用 减速模式(先加速后减速模式)，这样就容易由于离子中性化的原因 引入能量沾污，而且B在退火时会产生瞬态增强扩散(TED)效应，不 利于浅结的控制，因此业界提出了利用含有多个B原子的带电分子(如 癸硼烷，十八硼烷等)进行注入的方法，利用这种方法可以将原有的 注入能量提高十倍甚至更多，使低能注入变为常规能量注入，从而避 免了减速模式带来的能量沾污，而且分子注入的自非晶化效应，还可 以有效降低界面缺陷。

但是这种材料本身有一定自身缺陷，比如这类材料多为固体，热 稳定性差，高温下易分解，因此采用传统的注入机坩埚加热时，由于 离子源起弧后本身温度很高，多数固体源在被电子电离前就已经分 解，从而无法获得足够的B原子簇，效率很低也容易造成沾污。

有鉴于此，需要一种能增强固体掺杂剂源分子电离从而有效提高 注入效率和可靠性的离子注入方法及其所使用的离子源装置。

发明内容

本发明的目的在于增强固体掺杂剂源分子电离以提高注入效率。

为此，本发明提供了一种离子源装置，包括：

起弧室；

对靶溅射装置，位于所述起弧室下方；

其特征在于，

所述对靶溅射装置包括冷却装置，对靶材进行冷却。

其中，所述起弧室与所述对靶溅射装置之间的间距可调。所述冷 却装置的冷却液为绝缘冷却液，所述绝缘冷却液为去离子水。所述对 靶溅射装置使用射频电源，所述射频电源的最大频率为13.56MHz。所 述对靶溅射装置的溅射工作气体为不与靶材反应的气体，所述不与靶 材反应的气体包括含氟气体、惰性气体或N₂，所述惰性气体为Ar。所 述靶材为固体材料，所述固体材料为压制的大分子材料，所述大分子 材料为癸硼烷或十八硼烷，所述固体材料为金属及其合金，所述金属 为Sb、In、Al、Ga。

本发明在离子源中引入了小型对靶溅射装置，并辅以强冷却系 统，为起弧室提供了足够的分子电离，有效地提高了注入的效率和可 靠性。

本发明所述目的，以及在此未列出的其他目的，在本申请独立权 利要求的范围内得以满足。本发明的实施例限定在独立权利要求中， 具体特征限定在其从属权利要求中。

附图说明

以下参照附图来详细说明本发明的技术方案，其中：

图1为依照本发明的具有小型对靶溅射装置的离子源装置的示意 图。

具体实施方式

以下参照附图并结合示意性的实施例来详细说明本发明技术方 案的特征及其技术效果。需要指出的是，类似的附图标记表示类似的 结构，本申请中所用的术语“第一”、“第二”、“上”、“下”、 “厚”、“薄”等等可用于修饰各种装置结构。这些修饰除非特别说 明并非暗示所修饰装置结构的空间、次序或层级关系。

参照图1，显示了本发明的离子源装置的构成示意图。离子源装置主 要包括起弧室1和对靶溅射装置2，均设置在离子源装置的外壳3(部分未 显示，仅显示了对靶溅射装置2下方的一部分)内。

起弧室1包括室壁11和设置在室壁11内的灯丝12，可通过电源(未示 出，可设置在离子源装置内起弧室1外，也可设置在离子源装置外而经由 电源线连接至起弧室1)向灯丝11施加大电流以发生弧光放电，可产生大 量的自由电子5。室壁11上设有多个狭缝13，其下端的狭缝用于吸收从靶 材4上轰击出来的靶分子41，其上端的狭缝用于释放被灯丝12产生的电子 电离之后所产生的带正电的靶分子42。

对靶溅射装置2设置在与起弧室1相邻的位置上，例如可与起弧室1在 同一水平平面上左右相邻或在同一垂直平面上上下相邻，也可以不在一 个水平或垂直平面上从而空间交错地设置。对靶溅射装置2优选地位于起 弧室1下方，两者间距设定为L，该间距L可通过任何业界已知的机械操纵 装置或系统(未示出)根据离子注入的剂量和能量来合理调节，以便使 得起弧室获得所需的靶分子数量。

对靶溅射装置2包括相对设置的一对靶基座21，多个靶材4通过例如 卡合、粘附、真空吸附、静电吸附的方式分别安放在每一个靶基座21上。 靶材4根据离子注入的不同需要而选取，可以是压制的大分子材料也可以 是金属或合金。例如，对于注入B的p型掺杂，靶材可以是固体的癸硼烷 或十八硼烷。对于注入金属离子，靶材可以是相应的固态金属材料， 例如Sb、In、Al、Ga等，也可以是其合金或化合物。

每一个靶基座21内埋设有磁铁22，用于在相对的靶基座21之间产生 磁场，改变靶材射出的靶分子的轨迹，以增加靶分子的产出，磁铁22可 以是永磁体也可以是电磁线圈构成的电磁铁。

相对的靶材4通过两端的靶基座21上的电连接装置(未示出)而连接 至频率可调的射频电源23(图中仅显示了电源连线，电源可设置在外壳3 内，也可设置在离子源装置外)，其频率最大可调至13.56MHz，射频电 源23功率越大，则溅射时从靶材4脱离的靶分子41越多，经过起弧室1后 的带正电的靶分子42也越多，增大了注入时掺杂离子的剂量。

靶基座21上还具有冷却装置，采用冷却液对流的方式对磁铁22和基 座21制冷，冷却装置可以是冷却液循环系统，在靶基座21上留有冷却液 的入口24和出口25，冷却液可以是去离子水(DI水)，可以是DI水与乙 醇或其他与水沸点不同的冷却液组合构成的二相冷却液，还可以是其他 绝缘冷却液。冷却装置(调节装置和泵未示出)可通过调节冷却液流量 流速以及泵功率来获得所需的冷却能力，使得靶材4温度保持在100摄氏 度以下，确保靶材4不会在高温下分解，从而获得足够的掺杂原子簇， 提高效率也避免造成沾污。

离子源装置的外壳3下部开有对靶溅射用的工作气体的进气口31，与 外壳3外部的气体源(未示出)相连，气体源还可包括气压和流速控制装 置。对靶溅射用的工作气体可以是Ar，也可以是N₂，还可以是含氟的气体， 或其他不与靶材反应的惰性气体。离子源装置的外壳3与靶基座21之间具 有绝缘子32，用于电气隔离绝缘靶基座21与外壳3。

依照本发明的离子源装置在工作时，首先通过进气口31向装置内充 入足量的溅射工作气体，例如Ar、N₂、含氟的气体或其他不与靶材4反应 的惰性气体。其次启动靶基座21上的冷却装置，例如为DI水的冷却液循 环制冷，使得溅射期间靶材4温度不高于100摄氏度。再次通过电源对起 弧室1的灯丝12施加大电流，在起弧室1内形成大量电子5。接着开启射频 电源23，产生射频电磁场，激发溅射工作气体轰击靶材4，从靶材4表面 轰击出大量靶分子41。靶分子41可在靶基座21内的磁铁22的磁场偏转作 用下进入起弧室1下方的狭缝13，在起弧室1内被灯丝12产生的大量电子 电离，从起弧室1上方的狭缝经过萃取机制(例如正向偏置直流电压)被 吸出起弧室1，穿过离子源装置外壳3上的出射口(未示出)，经过后续 的引出光镜、分析磁铁等束流装置而最终被注入到例如硅晶片、玻璃基 板等待处理的材料表面。

本发明在离子源起弧室下方引入了含冷却装置的对靶溅射装置，使 得固体大分子靶材不会在高温下分解，从而获得足够的掺杂原子簇，提 高效率也避免造成沾污。此外，起弧室和对靶溅射装置之间的距离可 调，对靶溅射装置的射频功率也可控制，均方便了控制进入起弧室的 靶分子数量，从而便于控制注入离子的剂量和能量。

尽管已参照一个或多个示例性实施例说明本发明，本领域技术人 员可以知晓无需脱离本发明范围而对装置、系统做出各种合适的改变 和等价方式。此外，由所公开的教导可做出许多可能适于特定情形或 材料的修改而不脱离本发明范围。因此，本发明的目的不在于限定在 作为用于实现本发明的最佳实施方式而公开的特定实施例，而所公开 的器件结构及其制造方法将包括落入本发明范围内的所有实施例。