用于离子注入器的新型且改进的束线架构的制作方法

专利名称：用于离子注入器的新型且改进的束线架构的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及离子注入系统，尤其涉及控制离子注入器中的离子束。
背景技术：
离子注入系统是用来在集成电路制造中用杂质来掺杂半导体衬底的 机构。在这样的系统中，掺杂材料被离子化并且从其中产生离子束。该 离子束系被引导至半导体晶片或工件的表面，以便将离子注入该晶片之 中。所述束中的离子穿透晶片的表面并且会在其中形成具有所需要的导 电性的区域，例如在晶体管制造中。典型离子注入器包含用以产生该 离子束的离子源；包含质量分析设备的束线组件，用以引导和/或过滤(例 如质量分辨)所述束内的离子；以及包括要被处理的一个或多个晶片或工 件的目标室。
分批注入器包含旋转盘支撑架，用以移动多个半导体晶片通过离子 束。当支撑架旋转晶片通过离子束时，离子束撞击晶片表面。连续注入 器一次处理一个晶片。晶片被保持在盒子之中，每次取出一个并被放置 在支撑架上。之后，晶片在注入方向上取向，使得离子束撞击单个晶 片。该些连续注入器使用束成形，其能让束偏离其初始轨道，并且通常 会配合协同的晶片支撑架运动使用来选择性地掺杂或处理整个晶片表 面。
离子注入器的优点在于它们同时允许关于掺杂物在工件内的量及放 置的精度。特别地，离子注入器允许对于特定的应用改变被注入的离子 的剂量与能量。离子剂量控制被注入的离子的浓度，其中，高电流注入 器通常会用于高剂量注入，而中电流注入器则会用于较低剂量应用。离 子能量用于控制半导体装置中的结的深度，例如，能量决定离子注入到 工件内的深度。应该理解，考虑到电子工业縮小电子器件的尺寸以产生更小且更强 大装置(例如，蜂巢式电话、数字相机等)的趋势，该些装置中所使用的半 导体与集成电路(例如晶体管等)的尺寸也会持续地縮小。将更多这样的器
件"封装(pack)"在单个半导体衬底或其一部分(称为小片(die))之上的能
力也提高了制造效率与产量。应该明白的是，在成功地提高封装密度方 面，控制离子注入起到重要的作用。例如，对低能量、高电流束的注入 能量的控制可允许实施较浅深度的注入，以便产生较薄的器件并且提高 封装密度。另外，在离子束相对于工件的机械表面和/或晶格结构的定向 (例如，角度)方面可能会有较小的误差极限。因此，需要促使对离子注入 进行更多控制的机构与技术。

发明内容
下文将简略地概述本发明，以便提供对本发明的一些方面的基本了 解。这种概括并不是本发明的全面的评述。其本意既非确定本发明的要 件或重要元件，也不是限定本发明的范围。更确切地说，其主要的目的 仅在于以简化的形式来提出本发明的一个或多个方面以作为之后更加详 细说明的序言。
一种含有两个双极磁铁的平行化部件弯曲横越其中的被扫描离子
束，使得离子束的轨迹具有大致"s"形状。这种s弯曲用来帮助在晶片
上有均匀且精确的注入性能，例如注入角度，同时帮助过滤束的中性杂 质。此外，朝向注入系统的末端还包含减速级，使得束的能量可在整个 束线中均保持非常高，以减轻束扩散。这种减速级还有助于从束中过滤 出中性及有能量的杂质。
为达前述和相关的目的，下文说明及随附的附图会详细阐明本发明 的特定示例性方面及实施方式。虽然这些表示了各种实施方式中的一 些，但在各种实施方式中，可采用本发明的一个或多个方面。当结合随 附的附图考虑本发明时，本发明的其它方面、优点、新颖的特征将会在 随后的本发明的详细描述中变得清楚。


图1是晶格结构的一部分的一个例子的透视图，其中，离子束基本 上平行于晶格结构的平面被引导至所述晶格结构。
图2是所图1所显示的晶格结构的一部分的一个例子的透视图，其 中，离子束系以基本上不平行于晶格结构的平面被引导至晶格结构。
图3是在其上具有已形成的特征的半导体衬底的一部分的横截面视 图，以变化的距离分隔所述特征并且因此在离子注入期间经历不同程度 的遮蔽效应。
图4是显示示例性的离子注入系统的方块图，其中，离子束被弯曲 以具有大致"S"的形状且其中所述束是如本文所述的靠近工件处被减 速。
图5是显示如本文所描述的穿过平行化器的离子束的弯曲程度的示意图。
图6是显示如本文所描述的在平行化器中选择性地包含勾形磁铁 (cusping magnet)的示意图。
图7是如本文所描述的示例性的减速部件的示意图。 图8是如本文所描述的用于控制离子束的示例性方法。
具体实施例方式
参考附图对本发明的一个或多个方面进行说明，其中，通常在全文 中使用相同湘似的附图标记表示相同湘似的元件，且其中，图中所示的 各种结构并不必要地依照比例来绘制。在下文的描述中，为起到说明的 目的，对很多特定细节进行了说明，以便对本发明的一个或多个方面提 供详细的了解。然而，对本领域技术人来说，很显然本发明的一个或多 个方面可以在较少程度地具有这些特定细节的情况下实施。在其他的情 形中，为了便于描述本发明的一个或多个方面，在方块图中显示了公知 的结构和装置。
如上所述，在半导体制造加工中，利用带电粒子或离子来注入半导 体晶片或工件。被注入的材料被称为掺杂物，因为它们会"掺杂"或改 变它们被注入其中的基层或其它层的电特性，使得这些层具有所需要且 可预期的电行为。 -
7应该理解的是，对控制通道效应及遮蔽效应来说，控制离子束的角 度内容(范围)是非常重要的，例如，其中衬底中的有效注入深度是通
道效应的函数。离子束104遭遇衬底中很少晶格结构100甚至未遭遇到 衬底中任何晶格结构100(例如，因为束平行于晶格结构100的平面110— 在所显示的例子中，在晶格结构100中定义了 27个立方单元102)时，产 生通道效应，如图1所示。另一方面，图2显示了这样的情形离子束 104遭遇到一些晶格结构100并且会被偏离108及降低速度，从而使得离 子被注入至较浅的深度。为减轻通道效应及因而造成的注入深度的增 加，特别是对于低离子束能量时，通常把新式的高电流束注入衬底上的 非晶层中，该非晶层是由在衬底上沉积非晶层或是利用高剂量的非掺杂 物种来进行前置非晶化注入而得到。
对遮蔽效应来说，控制离子束的角度内容(范围)也非常重要，其 中，随着特征尺寸縮小及实施高电流浅注入以提高封装密度，遮蔽效应 问题正变得越来越重要。遮蔽效应是指晶片中的特定部分可能会因为束 被晶片上的一个或多个相邻特征阻挡而仅能接收到极少的掺杂物甚至接 收不到任何掺杂物的情形。例如，请参考图3，半导体衬底或晶片300的 一部分的横截面视图，其具有形成在其上的多个特征302、 304、 306、 308，和分别在其间限定的间隔310、 312、 314。特征302、 304、 306、 308可由光阻(光刻胶)材料或多晶硅材料形成，并且因此基本上全都是 相同高度。然而，与其它的特征相比，特征302、 304、 306、 308中的一 些被形成为更靠近在一起，因此，它们之间的对应间隔310、 312、 314 便会具有不同的宽度。
通过离子注入，掺杂由间隔310、 312、 314暴露的衬底300的区域 320、 322、 324。因此， 一个或多个离子束330被引导至衬底300，以实 施掺杂。然而，例如以相对于衬底300的表面340成一定角度地取向束 330，以减轻通道效应。因此， 一些束330的离子中的一部分由特征 302、 304、 306、 308的部分(例如角落)阻挡。因此，衬底区域320、 322、 324内的区域350、 352、 354收到少于预期的掺杂离子量。从图中 可以看出，当使得特征302、 304、 306、 308被靠近在一起(未改变它们的 高度)且因此各个间隔310、 312、 314变得较窄时，不充分掺杂的区域350、 352、 354占据衬底区域320、 322、 324中较大的部分。应该明白的 是，当离子注入角度提高时(例如为消除通道效应)，可能加剧这样的遮蔽 效应。
另外，通常，在工件上保持基本上恒定的注入角度是很重要的。例 如，通常在特定工件上形成半导体装置和/或集成电路的许多复制品并且 之后从其上将它们移除(例如切割)。例如，在工件上的遮蔽效应和/或通 道效应变化(例如由于注入角度变化)可导致所得到的不同装置有区别地运 行。因为半导体制造商通常希望可预测且可重复的装置性能，所以这不 是所期望的。
图4显示示例性的离子注入系统410，其中，如本文所述的可控制离 子束。系统410具有终端412、束线组件414、以及末端站416。终端 412包含由高电压电力供应装置422供电的离子源420，其产生离子束 424并且把离子束424引导至束线组件414。离子源420产生被抽取且形 成到离子束424中的带电离子，离子束424沿着束线组件414中的束路 径被引导至末端站416。终端412有时候可被描述成包括一些束线，其 中，束线的该部分在终端电位处。
为了产生离子，将要被离子化的掺杂材料气体(未显示)被设置在离子 源420的产生室421内。例如，掺杂气体可从气体源(未显示)被供料至反 应室421中。应该明白的是，除了电力供应装置422之外，可使用任何 数量的适合的机构(未显示)来激励在离子产生室421内的自由电子，例如 RF或微波激励源、电子束注射源、电磁源、和/或用以在所述室内产生弧 光放电的阴极。被激励的电子撞击掺杂气体分子并且因此产生离子。通 常产生阳离子，但是，本文揭示的内容也适合于在其中产生阴离子的系 统。
由离子抽出组件423经由所述室421中的狭缝418可控制地抽出离 子。离子抽出组件423包括多个抽出和/或抑制电极425。例如，抽出组 件423可包含单独的抽出电力供应装置(未显示)，用以对抽出和/或抑制 电极425进行偏压以加速来自产生室421的离子。应该明白的是，因为 离子束424包括相同的带电粒子，所以束可能会有径向向外扩散或展开 的倾向，因为相同的带电粒子会彼此排斥。还应该明白的是，在低能量、高电流(高导流系数)束中的束扩散现象会加剧，其中，很多相同带电 粒子非常缓慢地在相同方向上移动，使得在粒子之间会有大量的排斥作 用力，而粒子动量却很小而无法保持粒子在束路径的方向上移动。因 此，抽出组件423通常被配置，使得在高能量下抽出束，使得束不会扩 散(也就是，让粒子具有足够的动量以克服可能会造成束扩散的排斥作用 力)。另外，通常有利的是在相对高的能量下在整个系统中传输该束
424，仅在快到达工件430之前降低能量以促成束约束作用 (containment)。同样有利的是，产生且传输可在相对高的能量下被传输但 却以较低的等效能量被注入的分子或离子团(cluster ion)，因为分子或离 子团的能量被分化至分子的掺杂原子中。
束线组件414具有束导432、质量分析器426、扫描系统435、以及 平行化器439。以大约九十度角度形成质量分析器426并且包括一个或多 个磁铁(未显示)用以在其中建立(双极)磁场。当束424进入质量分析器 426中时，其被磁场相应地弯曲，使得具有不适合的电荷质量比的离子被 丢弃。更具体地，具有太大或太小电荷质量比的离子会被偏转至质量分 析器426的侧壁427上。以这种方式，质量分析器426仅允许所述束中 的具有所需要的电荷质量比的离子通过其中并且经由分辨孔434出去。 应该明白的是，离子束与系统410中的其它粒子撞击可损坏束完整性。 因此，可含有一个或多个泵(未显示)以至少排空束导432。
在所显示的例子中的扫描系统435包含扫描元件436和聚焦和/或操 控元件438。各个电力供应装置449、 450操作地耦合至扫描元件436和 聚焦与操控元件438，更具体地，是耦合至设置在其中的各个电极 436a、 436b和438a、 438b。聚焦与操控元件438接收具有非常窄轮廓的 经质量分析的离子束424(例如图中所显示的系统410中的"铅笔状 (pencil)"束)，由电力供应装置450施加至板"8a与"8b的电压进行 操作，以聚焦与操控束至扫描元件436的扫描顶点451。之后，由电力供 应装置449(理论上其可与电力供应装置450相同)施加至扫描仪板436a 与436b的电压波形会来回地扫描束424，以把束424扩散成细长的「带 状」束(例如，被扫描的束424)，其宽度可被设为至少等于或大于所关注 的工件。应该明白的是，扫描顶点451可被定义为光学路径中的点，在被扫描元件436扫描之后带状束中的每个小束(beamlet)或经扫描的部 分看似来源于的该点。
之后，经过扫描的束424通过平行化器439，在所示出的例子中，其 包括两个双极磁铁439a、 439b。该双极基本上为梯形并且被定向成彼此 成镜像，以使得束424弯曲成大致s形。换言之，双极具有相等的角度 以及相反的弯曲方向。双极的主要目的是形成从扫描顶点451平行射出 的发散束带。使用两个对称的双极在小束路径长度以及第一阶与高阶聚 焦特性方面上导致了跨过带状束的对称特性。另外，与质量分析器426 的运作方式相似，s弯曲用于净化束。具体地，中性粒子和/或其它杂质 (例如，进入质量分析器425下游的束的环境粒子)的轨迹并不会受到双极 的影响(或者仅会受到非常小的影响)，使得这些粒子继续沿着原来的束路 径前进，中性粒子中的一些不会(例如从注射器处)被弯曲或是仅会弯曲非 常小，从而不会撞及工件430(其已经被移动以接收被弯曲的离子束 424)。应该明白的是，从束中移除这样的杂质非常重要，因为它们可能具 有不正确的电荷等。这样的杂质通常不会受到系统400中的减速级和/或 其它级的影响(或者受影响的程度非常的低)。因此，在剂量及角度均匀性 方面，它们对工件430具有重大的影响(虽然是不期望的且通常是不需要 的)。这又可导致产生无法预测且不需要的装置性能。
如其名，平行化器439还导致束散开成平行小束424a，使得工件 430上的注入参数(例如注入角度)均匀。转向图5，可知，双极439a、 439b中的每一极使得小束424a相对于平行于束424原始轨迹的方向443 弯曲9441的角度，从而使得束基本上具有s形。在一个实施例中，9441 在大约30度和大约40度之间，但是可以是大于大约20度的任何角度。 在任何情况中，因为两个双极439a、 43%彼此成镜像，所以各个小束 424a具有大致相等的路径长度437(图4)，其促成均匀的注入参数(例如注 入角度)。这也可被描述成每个小束424a具有恒定的路径长度。通过在双 极439a、 43%中使用相对小的弯曲角度把小束424a的长度437保持相 对短。至少因为这使得注入系统400的覆盖区域在一定程度上保持相当 紧凑，这是有利的。此外，在所显示的实施例中，由间隙442分离双极 439a、 439b。间隙442给各个小束提供了相等的移动长度，并且可能会以双极的极间隙的2倍距离来分离双极439a、 439b，例如，通常是在大 约4英寸至大约IO英寸之间。
应该明白，因为它们的弯曲方向是相反的，形成s弯曲的两个双极 的质量分辨率是每个双极的质量分辨率的一半。例如，这有利于在注入 离子团时，在经质量分辨双极426进行质量分辨之后传输包括具有类似 质量的分子的分子离子束。s弯曲的相对低的质量分辨率借助保持低的质 量分散效应来维持包括具有类似(但不相等)质量的多个分子的离子束的束 尺寸与束角度。
接着参考图6，应该明白的是，双极439a、 439b中的每一个可包括 多个勾形(cusping)磁铁445，用以帮助约束(contain)和/或控制通过其中的 离子束424(即使仅有一个双极439a在图7被示出)。勾形磁铁445的运 行方式与在Berweniste等人的美国专利第6414329号中所述的相同，其 揭示的全部内容通过引用并入本文中。应该明白的是，勾形磁铁445通 常会在束路径中感应出静态磁场，以约束由自中和作用产生的电子，从 而禁止这样的电子在垂直于磁场的方向上的运动。更具体地说，勾形磁 铁445用来约束电子，使得它们难以沿着磁场来移动且抵达极的器件。 用这种方式，可减轻电子造成进一步自中和作用。在所示的例子中，勾 形磁铁445分散在双极439a附近。然而，任何合适的勾形磁铁445的取 向(和/或尺寸和域间隔和/或数量)都是可能的，并且认为是落入本文揭示 内容的范围内(例如，用以达到所需要的束约束和/或控制目标)。
此外，当在双极439中提供RF或微波能量时，那么磁场与电场之间 的合作相互作用导致在磁铁445之间产生电子回旋共振(ECR)条件。这种 ECR条件有利地提供了与穿过双极439前进的离子束(未显示)相关联的 增强的束等离子体，从而改善束完整性。通过促进把能量传输给束附近 的等离子体，在离子束周围的ECR条件的产生减轻束扩散，从而增强所 述等离子体。当把交流电场施加至静态磁场中的带电粒子时，出现电子 回旋共振条件，使得电场的频率匹配围绕静态磁场线的带电粒子的旋转 的固有频率(natural frequency)。当达到此种共振条件时，单一频率电 磁波可非常有效率地加速带电粒子。
如在Benveniste等人的美国专利第6414329号中所阐述的波导也可被包括在双极439的每一个中。这样的波导包括合适的传播媒体(例如石 英)的一层或多层，其由薄涂层而被金属化在双极的内侧壁上。也可在波 导的向内面向的金属化层中设置横向延伸口或缝，以助于朝离子束耦合
RF或微波能量。RF或微波能量提供电场，其与由磁铁445所产生的多 个勾形磁场进行合作的相互作用，以提供和/或增强ECR区域，用于减轻 束扩散。
返回参考图4， 一个或多个减速级457被设置在平行化部件439的下 游。到此为止，在系统400中，束424通常以非常高的能量水平被传 输，以减轻发生束扩散的倾向，例如，束扩散在束密度升高的地方(例如 在分辨孔434处)可能会特别高。和离子抽出组件423、扫描元件436、以 及聚焦与操控元件438类似，减速级457包括可运作以减速束424的一 个或多个电极457a、 457b。
然而，应该明白的是，虽然在示例性的离子抽出组件423、扫描元件 436、聚焦与操控元件438、以及减速级457中分别显示两个电极425a与 425b、 436a与436b、 438a与438b、以及457a与457b，但是，该些元件 423、 436、 438、以及457可包括任何合适数量的电极，这些电极被布置 且被偏压以加速和/或减速离子以及用以如Rathmdl等人的美国专利第 6777696号中所提供地对离子束424进行聚焦、弯曲、偏离、收敛、发 散、扫描、平行化、和/或除去杂质，所述美国专利所揭示的全部内容通 过引用并入本文中。此外，聚焦与操控元件438可包括多个静电偏离板 (例如， 一个或多对所述偏离板)、以及单透镜(Einzel lens)、四极、禾口/或 用以聚焦离子束的其它聚焦元件。虽然并非必要，但施加电压至元件438 内的偏离板使得它们的平均值为零可能是有利的，其作用是避免引进额 外的聚焦透镜以减轻元件438的聚焦状态的失真。应该明白的是，"操 控(steering)"离子束是板438a、 438b的尺寸(dimension)以及施加至其 上的操控电压的函数，除此之外，束方向与操控电压和板的长度成正比 并且与束能量成反比。
以另一例子来说，应该明白的是，减速级457运作以进一步过滤束 的非所需要能量的离子以及中性粒子(例如，未被平行化器439以及s弯 曲所滤除，从而被灌注在束424中的粒子)。相反地，具有所需要能量的离子物种会遵循相同的路径并且会由减速级457引导与减速。如果离子 束包括具有类似质量的分子，这是有利的，例如在束团注入中一所有的 质量均会遵循相同的轨迹且静电减速级将不会有任何质量分散作用，使 得可维持束尺寸以及角度(在这个例子中为离开该束带的平面)。
参考图7，例如，更加详细地显示示例性的减速级457，其包含第一 电极702及第二电极704以及多个中间电极板。第一电极702及第二电 极704基本上彼此平行，并且分别含有第一孔706与第二孔708。孔 706、 708之间限定了间隙710，且电极702、 704被设置使得基本上垂直 于第一电极702及第二电极704的轴线712通过间隙710且通过第一孔 706与第二孔708。
在所显示的例子中的中间电极板包括第一上中间隙电极750、第二上 中间隙电极752、以及第三上中间隙电极754;第一下中间隙电极756、 第二下中间隙电极758、以及第三下中间隙电极760。第一上子间隙区 762被限定在第一电极702与第一上中间隙电极750之间。第二上子间隙 区764被限定在第一上中间隙电极750与第二上中间隙电极752之间。 第三上子间隙区766被限定在第二上中间隙电极752与第三上中间隙电 极754之间。最后，第四上子间隙区768被限定在第三上中间隙电极754 与第二电极704之间。类似地，第一下子间隙区770被限定在第一电极 702与第一下中间隙电极756之间。第二下子间隙区772被限定在第一下 中间隙电极756与第二下中间隙电极758之间。第三下子间隙区774被 限定在第二下中间隙电极758与第三下中间隙电极760之间。最后，第 四下子间隙区776被限定在第三下中间隙电极760与第二电极704之 间。在所显示的例子中，通过间隙710的离子束424从轴线712处被偏 离角度e， 727(例如该角度可以是大约12度)，并且被聚焦在间隙710下 游处的位置点728处。
在所显示的例子中，描述了特定偏压以帮助讨论减速级457的运 作。然而，应该明白的是，为达本发明的目的，可在电极之间施加任何 适合的偏压以达所需要的结果(例如加速、减速、禾n/或偏离的程度)。然 而，图7中的偏压值有效地显示离子束726的减速作用。第一电极702 相对于接地被偏压至-4KV，第一上中间隙电极750被偏压至-4.5KV，第一下中间隙电极756被偏压至-6.5KV，其余的电极则被偏压至0V。离子 束726(具体而言指包含在其中的离子)以初始能量水平(例如在所显示的例 子中的6KeV)通过第一孔706进入间隙710。为加速或减速束中的离子， 第一电极702及第二电极704被不同地偏压，使得在其间存在着电位 差，且当离子通过第一电极702及第二电极704之间的间隙710时产生 相应的能量增加或下降。例如，在图7中所示的例子中，当离子从具有 负4KV偏压的第一电极702至具有零电位(例如，被耦合至接地)的第二 电极704时经历4KeV的能量降。因此，当离子通过间隙710且经历 4KeV的能量降时，原始的6KeV能量下降至2KeV。所以，离子束726 在离开间隙710且进入间隙710下游处的中性区730中时具有特定的最 终能量水平(例如在所显示的例子中的2KeV)。
应该明白的是，不论离子釆用何种路径经过间隙710，上述结果均成 立。例如，在所显示的例子中，进入第一电极702与第一下中间隙电极 756之间的第一下子间隙区770的离子被加速的速率将会大于进入第一电 极702与第一上中间隙电极750之间的第一上子间隙区762的离子被加 速的速率。这是因为第一电极702与第一下中间隙电极756之间的电位 差大于第一电极702与第一上中间隙电极750之间的电位差(也就是，第 一下子间隙区770的负2.5KV(负4KV减去负6.5KV)以及第一上子间隙 区762的负0.5KV(负4KV减去负4.5KV))。
然而，这种加速差异被第一上中间隙电极750与第一下中间隙电极 756和第二电极704之间的对应电位差抵消。例如，在所显示的例子中， 第二电极704被偏压至零(例如，被耦合至接地)。因此，来自第一下子间 隙区770的离子被减速的程度会大于来自第一上子间隙区762的离子被 减速的程度。当离子进入间隙710时，这抵消它们的加速差异，使得在 离子离开间隙710时它们都具有基本上相同的能量(例如2KeV)。来自第 一下子间隙区770的离子被减速的程度将会较大，因为在跨越第二下子 间隙区772(以及第三下子间隙区774与第四下子间隙区776)时它们必须 横越负6.5KV(例如第一下中间隙电极756的负6.5KV偏压减掉第二下中 间隙电极758、第三下中间隙电极760、以及第二电极704的零V偏 压)。相反地，来自第一上子间隙区762的离子被减速的程度将会较小，
15因为在跨越第二上子间隙区764(以及第三上子间隙区766与第四上子间 隙区768)时它们仅必须橫越负4.5KV(例如第一上中间隙电极750的负 4.5KV偏压减掉第二上中间隙电极752、第三上中间隙电极754、以及第 二电极704的零V偏压)。因此，不论它们是否采用不同的路径且不论它 们经历下降的能量水平如何，由于间隙710的作用离子呈现出大致相同 的能量水平(例如2KeV)。
应该明白的是，上中间隙电极750、 752、 754以及下中间隙电极 756、 758、 760用于至少两个目的束弯曲以及将束牵引至间隙710中以 减轻束扩散。中间隙电极的偏压通常彼此互不相同，使得在其间产生静 电场，以根据偏压向上或向下弯曲束。例如，在示出的例子中，第一上 中间隙电极750被偏压至负4.5KV，第一下中间隙电极756被偏压至负 6.5KV，而其余的电极接地或偏压至零，不过，例如，可依照束特性(例 如电流、能量)来对它们施加不同的偏压，以延长或縮短加速器的有效长 度。假设束包括正电离子，电位的这种差异使得通过间隙710的正电离 子被迫向下朝更负电性的下中间隙电极716移动，最终使得束726向下 弯曲或偏离(例如大约12度)。应该明白的是，第二上中间隙电极752与 第二下中间隙电极758和/或第三上中间隙电极754与第三下中间隙电极 760可以与第一上中间隙电极750与第一下中间隙电极756类似的方式被 偏压，以助于弯曲束。偏压两组或多组电极以弯曲束实际上可能会比偏 压单一组电极更为经济，因为利用两组或多组电极来弯曲束所需要的电 压可能会远低于利用单一组电极来弯曲束所需要的电压。例如，在束是 包括具有极大动量的离子的高能量束且因而可能更难以弯曲或偏离情况 中时，这可能会特别有用。
第一上中间隙电极750与第一下中间隙电极756以及第一电极702 与第二电极704之间的电位差通过影响束424中的离子进入间隙710的 方式来减轻束扩散。这可能是必要的，因为所述进入的束可能位于或接 近最大束电流(例如离子浓度)处，并且因此具有向外径向散开或扩散的极 大倾向，尤其是在进入空间电荷会提高的静电场时。例如，在图7中所 显示的例子中，相对于第一电极702的电压，第一上中间隙电极750与 第一下中间隙电极756被负向偏压(例如相对于负4KV分别为负4.5KV及负6.5KV)。这种电位差将束726的离子拉入间隙710中。因此，束 424被加速进入第一上子间隙区762与第一下子间隙区770中并且因此减 轻束扩散。这有助于使束424通过加速器结构内的间隙710，但却不会失 去对束424的约束。
应该明白的是，上中间隙电极750、 752、 754以及下中间隙电极 756、 758、 760的布置、配置、和/或成形均可被修整以助于控制束的透 镜效应。通过例子的方式，在图7中所描述的视图中，下中间隙电极 756、 758、 760的宽度相对于上中间隙电极750、 752、 754，另外第三下 中间隙电极还拥有轻微的斜角732。该些调整基本上抵消了离子由于施加 偏压的差异而在经历较强的加速和/或减速时在下中间隙电极756、 758、 760(并且在所显示的例子中尤其是第一下中间隙电极756，因为第二与第 三下中间隙电极758与760接地)附近的离子所经历的增加的透镜效应。 然而，应该明白的是，就本文所揭示的内容的目的而言，这些电极750、 752、 754、 756、 758、 760可具有任何适合的配置并且可能会有任何适合 数量的这样的电极。还应该进一步明白的是，束可能会在加速模式、减 速模式、和/或移动(例如零加速/减速)模式中被弯曲，因为主要负责束弯 曲的上和下中间隙电极750、 752、 754、 756、 758、 760基本上独立于第 一电极702、第二电极704运作，而第一电极702、第二电极704主要负 责束424的加速/减速。
所有电位差的总的净影响是减速、聚焦和偏离束424中的离子。当 束中的不受电极的作用影响的中性粒子继续沿着平行于轴线712的原始 束路径前进时，束的除杂便会发生。例如，之后杂质可能会遭遇到一定 类型的阻挡层(barrier)或吸收结构713，其阻止它们往前前进并且防护 任何的工件免于杂质的污染。相反地，经偏离的离子束424的轨迹使得 其适当地碰到且掺杂工件(未显示)中的选定区域。应该明白的是，电极 (例如，位于第一电极702与第二电极704之间的上下中间隙电极750、 752、 754、 756、 758、 760)的布置还可用来减轻束扩散，因为这种配置最 小化束424在碰到晶片之前必须前进的距离。通过偏离束424(例如，由 上下中间隙电极750、 752、 754、 756、 758、 760)同时聚焦束(例如由第 一电极702与第二电极704)，而不是顺序布置这些弯曲与聚焦级，可更靠近加速器设置末端站716。
如图所示，加速器457还可包括上抑制电极734与下抑制电极736。 抑制电极用来在晶片和中性带730上游的电位之间产生电位势垒。抑制 电极734、 736被以这样的方式偏压，以产生向外伸入至中性带730中的 电位势垒738。当不具有这样的抑制电极734、 736及所产生的势垒738 时，来自其它电极的电位740便可能会穿透且进入靠近末端站(未显示)的 中性带730中，并且会从束424中抽出电子以及可能会抽出存在于工件 上或附近的电子。这可能会干扰空间电荷控制，其中，空间电荷控制是 借助馈送电子至靠近末端站的束424中的等离子体淹没效应(flood)来 施行的，且其目的是中和或降低因把带电离子注入工件中而出现在工件 中的电荷。末端站上游电位740可能会把等离子体中和电子吸离工件， 从而会导致电位束扩散及工件电荷上升。由抑制电极734、 736所产生的 势垒或壁738会让否则由正电位740从末端站抽离的电子回转。
在显示的例子中还包含第三电极742，且其可被偏压以助于终止或限 制来自抑制电极734、 736的电场738。应该明白的是，虽然在所显示的 例子中，抑制电极734、 736(以及第二电极704与第三电极742)相对于束 轴线712倾斜大约12度以便与该(经弯曲的)束424的任一侧等距，以便 产生大致对称的势垒配置，不过，本文被认为是涵盖了所有的布置。例 如，抑制电极734、 736可不倾斜和/或可以不同于第二电极704和/或第 三电极742的方式来倾斜，而第二电极704及第三电极742本身可能倾 斜或可能不倾斜。
参考图4，应该明白的是，在注入器410中可运用不同类型的末端站 416。例如，"分批"型末端站可在旋转支撑结构上同时支撑多个工件 430，其中，工件430被旋转通过离子束的路径，直到所有工件430均被 完全注入为止。另一方面，"连续"型末端站沿束路径支撑单个工件430 用于注入，其中，以连续的方式每次注入一个工件430，每一个工件430 均必须被完全注入之后才会开始注入下一个工件430。在混合式系统中， 工件430可在第一方向(Y方向或慢速扫描方向)上以机械的方式来平移， 而束则会在第二方向(X方向或快速扫描方向)上来扫描以便在整个工件 430上方注入束424。在所显示的例子中的末端站416是"连续"型末端站，其沿束路径
支撑单个工件430用于注入。在末端站416中靠近该工件的位置处包含 剂量测定系统452，用以在进行离子注入操作之前进行校准测量。在校准 期间，束424通过剂量测定系统452。剂量测定系统452包含一个或多个 轮廓仪456，轮廓仪456连续地横跨轮廓仪路径458，从而测量被扫描束
的轮廓。例如，轮廓仪456可包括电流密度传感器(例如法拉第杯)，其测 量被扫描束的电流密度，其中，电流密度是注入的角度(例如，束和工件 的机械表面之间的相对取向和/或束和工件的晶格结构之间的相对取向)的 函数。电流密度传感器以大致正交于被扫描束的方式移动并且因而典型 地在带状束的宽度上横移。在一个例子中，剂量测定系统测量束密度分 布及角度分布。束角度测量可使用移动式轮廓仪感测具有缝的掩模后面 的电流，其如R. D. Rathmell、 D. E. Kamenitsa、 M. I. King、以及A. M. Ray在IEEE Proc. of Intl. Conf. on Ion Implantation Tech., Kyoto, Japan 392-395 (1998)上、Rathmell等人的美国专利申请号11/288908，标题为
"IONIMPLANATION BEAM ANGLE CALIBRATION，，及Rathmell等人 的美国专利号 11/290344 ， 标题为"MEANS TO ESTABLISH ORIENTATION OF ION BEAM TO WAFER AND CORRECT ANGLE ERRORS"中所描述的，其揭示的全部内容通过引用并入本文中。在经 过短程漂移之后，从缝位置的每个小束的位移可用来计算小束角度。应 该明白的是，这种位移可被称作系统中的束诊断的校准基准。
剂量测定系统452被操作地耦合至控制系统454，以从其中接收命令 信号并且给其提供测量值。例如，控制系统454可包括计算机、微处理 器等，并且可操作地从剂量测定系统452取得测量值并且计算工件上的 被扫描的带状束的平均角度分布。同样地，控制系统454被可操作地连 接至从其中产生离子束的终端412以及束线组件414的质量分析器426、 扫描元件436(例如通过电力供应装置449)、聚焦与操控元件438(例如通 过电力供应装置450)、平行化器439、以及减速级457。因此，可通过控 制系统454调整任何这些组件，以助于基于由剂量测定系统452提供的 数值获得所需要的离子注入。例如，刚开始可根据预定的束调谐参数(该 参数可被储存/加载至控制系统454中)来建立束。之后，例如，依据来自剂量测定系统452的反馈，可调整平行化器439以更改s弯曲的程度，
以便更改注入角度。同样地，例如，束的能量水平可适合于通过调节施
加至离子抽出组件423及减速级457中的电极的偏压来调节结的深度。 在质量分析器526中所产生的磁场的强度及取向可被调节(例如通过调节 流过其中的磁场绕组的电流的量)，用以更改束的电荷质量比。例如，通 过调节施加至操控元件438的电压可进一步控制注入的角度。
参考图8，显示了如本文所描述的用于控制在离子注入系统中的离子 束的示例性方法800。虽然在下文中将方法800显示和描述成一系列的动 作或事件，但应该明白的是，本发明并不受限于所显示的这样的动作或 事件的顺序。例如，根据本发明的一个或多个方面， 一些动作也可以不 同的顺序来进行和/或与本文所显示的和/或所描述的之外的其它动作或事 件同时进行。此外，施行根据本发明的方法并不需要所有已显示的动 作。
方法800始于810，在步骤中在离子注入系统中产生离子束，该离子 束被扫描跨越工件。例如，束被建立成具有所要的掺杂物种、能量、禾口/ 或电流。之后，所述方法前进至812，在该步骤中测量一个或多个注入特 性，例如注入角度、束物种、束能量、注入深度等。例如，可以利用上 面所述的剂量测定系统来测量这样的特性。具体而言，当束扫描跨越晶 片时，可运用剂量测定系统来测定束的电流密度，其中，电流密度是注 入角度(例如，束和工件的机械表面之间的相对取向和/或束和系统中的经 校准的诊断基准束之间的相对取向)的函数。通过对从剂量测定系统获得 的数据进行平均可确定注入角度分布。
之后，在814处依据在812处所取得的测量值来调节系统的操作参 数。例如，可以如上所述地调节终端、质量分析器、扫描元件、聚焦与 操控元件、平行化器、和/或减速级中的任何一个或多个，以便获得所需 要的离子注入。经测得的参数可与被储存在系统的控制部件中的所需要 参数比较，以便确定需要进行什么样的调节(如果要的话)来帮助获得 所需要的离子注入。虽然之后所述方法800被显示为结束，但实际上可 循环执行或反复执行，以便获得所需要的离子注入。
虽然本发明已经显示与说明一个或多个施行方式，但本领域技术人员在阅读与理解本说明书及随附的附图之后将会对本发明进行等同替换 和修改。本发明涵盖所有这样的修改和替换，且仅受限于本发明随后的 权利要求的范围。特别是对于由上述部件(组件、元件、装置、电路等)所 执行的各种功能，除非另外说明，否则用来说明这样的部件的术语(包含 "方式或装置"的用词)认为是对应于执行所述部件的特定功能的任何部 件(即功能上等效的组件)，即使结构上不等同于本文中所揭示的结构，所 述结构执行本发明在此处所显示的示例性的实施方式的功能。此外，虽 然仅对本发明的多个实施方式中的一个对本发明的特定特征进行了揭 示，在对任何特定或特殊应用在需要和有利时，这样的特征可与其它实 施方式中的一个或多个特征接合。另外，在详细描述或权利要求中使用 术语"包含"、"具有"、"带有"或它们的变化词语，这样的词语被 认为与术语"包括"类似，是包容性(开放式)的。另外，本文中还使 用到术语「示例性」，其目的仅在于表示一个例子，而不是最佳的例 子。
权利要求
1.一种在离子注入系统中将离子注入工件中的方法，包括在离子注入系统中产生离子束；在离子注入系统中弯曲束以使其具有大致s形状，同时把束平行化成多个平行的小束，使得各个小束具有大致相等的长度；把工件放置在所述小束的前面，使得把离子注入工件中。
2. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括 在离子束被弯曲成具有大致s形状之后，使离子束减速。
3. 根据权利要求2所述的方法，进一步包括 测量一个或多个注入特性；和 响应于测得的特性，调节离子束的弯曲和/或减速。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中，所述束被弯曲第一角度并且 之后被弯曲相等的但相反的第二角度，以获得大致s形状。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一和第二角度中每一 角度均大于大约20度。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中，所述离子束包括分子离子。
7. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括 测量一个或多个注入特性；和 响应于已测得的特性，调节离子束的弯曲。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中，所述束被弯曲大于大约20度 的第一角度，并且接着弯曲大于大约20度的相等且相反的第二角度，以 获得大致s形状。
9. 一种离子注入系统，包括 用于产生离子束的部件； 用于质量分辨离子束的部件；平行化器部件，其位于质量分辨部件的下游处，用以把束弯曲成大 致s形状以便滤除杂质，同时把束平行化成多个平行小束，使得各个小 束具有大致相等的长度；和末端站，其位于平行化部件的下游处，并且被配置以支撑将由离子束注入离子的工件。
10. 根据权利要求6所述的系统，其中，所述平行化器部件包括至少 一对双极磁铁。
11. 根据权利要求10所述的系统，其中，所述各个双极磁铁大致为 梯形。
12. 根据权利要求11所述的系统，其中，所述各个双极磁铁被取向 为彼此成镜像。
13. 根据权利要求12所述的系统，其中，所述各个双极磁铁使束弯 曲大于大约20度的角度。
14. 根据权利要求13所述的系统，其中，所述双极磁铁的至少一个 包括勾形磁铁。
15. 根据权利要求12所述的系统，其中，所述离子束包括分子离子。
16. 根据权利要求13所述的系统，进一步包括 测量部件，其被配置以测量一个或多个注入特性；和控制器，其被可操作地耦合至测量部件、束产生部件、质量分辨部 件、平行化器部件、以及末端站，并且被配置以响应于测量部件所取得 的测量值来调节束产生部件、质量分辨部件、平行化器部件、以及末端 站中的至少一个的操作。
17. 根据权利要求14所述的系统，进一步包括-测量部件，其被配置以测量一个或多个注入特性；以及控制器，其被可操作地耦合至测量部件、束产生部件、质量分辨部 件、平行化器部件、以及末端站，并且被配置以响应于测量部件所取得 的测量值来调节束产生部件、质量分辨部件、平行化器部件、以及末端 站中的至少一个的操作。
18. 根据权利要求15所述的系统，进一步包括减速部件，其位于平行化器部件的下游处且位于末端站的前面，并 且被配置以在离子被注入工件之前使离子束减速。
19. 根据权利要求18所述的系统，进一步包括扫描部件，其位于质量分辨部件的下游且位于平行化器部件的前面，并且被配置以把束扫描成带状束；禾口聚焦与操控部件，其位于质量分辨部件的下游但在扫描部件的前面，并且被配置以把束聚焦与操控至扫描部件的扫描顶点。
20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述控制器被进一步操作地耦合至扫描部件及聚焦与操控部件，并且被配置以响应于由测量部件 所取得的测量值来调整扫描部件及聚焦与操控部件中的至少一个的操 作。
全文摘要
一种离子注入系统(410)的平行化部件(439)包括两个成角度的双极磁铁(439a、439b)，其彼此成镜像且用于弯曲横越其中的离子束(424)，以具有大致“s”形状。这种s弯曲用于从束中滤除杂质，同时所述双极平行化所述束以帮助在晶片(430)上有均匀的注入性能，例如注入角度。另外，在注入系统的末端处还包含减速级(457)，使得束的能量可在整个束线中均保持非常高，以减轻束扩散。
文档编号H01J37/147GK101553897SQ200780035716
公开日2009年10月7日 申请日期2007年9月13日 优先权日2006年9月29日
发明者波·凡德尔贝格, 派崔克·史皮林特尔 申请人:艾克塞利斯科技公司