使用角能量过滤器的角扫描的制作方法

本申请要求于2014年4月30日递交的名称为“ANGULAR SCANNING U SING ANGULAR ENERGY FILTER（使用角能量过滤器的角扫描）”的美国临时申请No.61/986,350的优先权，其内容通过引用全部合并于此。

技术领域

本公开总体上涉及用于将离子注入工件的离子注入系统和方法，更具体地，涉及一种用于同时在相对于工件的第一方向上扫描离子束并在第二方向上选择性地改变被扫描的离子束相对于工件的角度的系统和方法。

背景技术：

离子注入系统用于在集成电路制造时用杂质对半导体进行掺杂。在这种系统中，离子源将期望的掺杂元素离子化，所述掺杂元素以具有期望能量的离子束的形式从源被提取。然后将离子束导向工件的表面，以利用掺杂元素对工件进行注入。离子束的离子穿透工件的表面以形成具有期望传导性的区域，诸如在半导体晶片中制造晶体管器件时所期望的。典型的离子注入器包括：用于产生离子束的离子源，包括用于使用磁场对离子束进行质量解析的质量分析装置的束线组件，以及包含将被离子束注入的工件的目标腔室。

在离子注入工艺中，离子束接近工件的角度（也称为注入角度）在离子注入期间被固定在特定角度。然而，对于如图1所示形成在工件10上的器件具有三维（3-D）结构12变得普遍，其中，期望所述3-D结构的所有维度表面上进行均匀离子注入。例如，在FinFET器件14中，期望离子束16到工件10的入射角度的变化，以对FinFET器件的结构22的沟槽18和侧壁20进行注入。

通常，为了以不同入射角度将离子注入工件10，离子注入被暂时停止或闲置（离子束16不被导向工件），并且工件相对于离子束16被机械地倾斜（例如，由箭头24所示），从而改变或修改离子束到工件的入射角度。然后，将离子束16再次导向工件10，并且以修改后的入射角度对工件进行注入。在可存在复杂3-D结构的FinFET器件中，这可能需要两个或更多个不同的入射角度变化，以对结构22的沟槽18和/或侧壁20进行适当地注入。迄今，用于实现角度变化的系统和方法已经将工件10围绕轴线进行枢转，使得离子束16以不同角度撞击工件。

如此，由于入射角度在工件10处机械地变化，因此可能不利地影响与离子注入系统的操作相关联的生产量，在入射角度机械地变化的同时，大量时间会花费在未撞击工件的离子束上。

技术实现要素：

本公开提出了一种用于提供离子束到工件的选择性可变入射角度的新颖方法，由此改变离子束行进的角度，以用所选择的角度撞击工件。因此，本公开提供了一种用于将离子注入工件的系统、装置和方法,同时最大化生产量并最小化与系统相关联的购置成本。更具体地，本公开提供了在离子注入期间进行工件扫描的同时具有小的角度范围的连续可变注入角度。因此，与使用多个离散角度注入步骤的常规方法相反，对于三维沟槽状结构能够使最终掺杂轮廓更均匀。

因此，以下呈现了本发明的简单概括以便提供对本发明的一些方面的基本理解。本发明内容不是本发明的广泛概述。其既不意在确定本发明的关键或必要元素，也不意在勾画本发明的范围。其目的是以简化形式呈现本发明的一些构思，作为稍后呈现的更详细描述的前言。

本发明总体上涉及一种离子注入系统，其中所述离子注入系统包括被配置为形成离子束的离子源和被配置为对离子束进行质量分析的质量分析器。离子束扫描器被配置为沿第一方向扫描离子束，从而限定被扫描的离子束，并且工件支撑件被配置为在其上支撑工件。还提供了一种角度注入装置，其中所述角度注入装置被配置为改变被扫描的离子束相对于工件的入射角度，并且控制器被配置为控制所述角度注入装置。控制器被配置为在被扫描的离子束撞击工件的同时改变被扫描的离子束相对于工件的入射角度。此外，在另一示例中，在对停留在工件支撑件上的工件进行机械扫描的同时改变入射角度。

根据一个示例性方面，所述角度注入装置包括定位在离子束扫描器下游的角能量过滤器。控制器因此被配置为改变到角能量过滤器的输入，从而在被扫描的离子束撞击工件的同时改变被扫描的离子束相对于工件的入射角度。在一个示例中，角能量过滤器包括磁偏转模块和静电偏转模块中的一个或多个。

在另一示例中，所述角度注入装置包括可操作地耦接到工件支撑件的机械装置，其中，所述机械装置被配置为进一步改变被扫描的离子束相对于工件的入射角度。控制器还被配置为在被扫描的离子束撞击工件的同时控制所述机械装置。根据另一示例性方面，所述角度注入装置包括角能量过滤器和可操作地耦接到工件支撑件的机械装置二者。

根据另一方面，提供了一种用于以一个或多个入射角度将离子注入工件的方法。所述方法包括：在工件支撑件上提供工件并相对于工件扫描离子束。此外，根据所述方法，在被扫描的离子束撞击工件的同时改变被扫描的离子束相对于工件的入射角度。例如，通过改变到一个或多个角能量过滤器的输入并机械地改变工件支撑件相对于被扫描的离子束的角度，来改变被扫描的离子束相对于工件的入射角度。如此，在被扫描的离子束撞击工件的同时改变被扫描的离子束相对于工件的入射角度。

以上发明内容旨在给出对本发明的一些实施例的一些特征的简要概述，并且其他实施例可以包括与上述特征不同的特征和/或附加的特征。具体地，本发明内容不应被解释为限制本申请的范围。因此，为了完成前述和相关目的，本发明包括：在下文中描述且在权利要求中具体指出的特征。以下描述和附图详细阐述了本发明的特定说明性实施例。然而，这些实施例指示可以采用本发明原理的各种方式中的一些方式。在结合附图考虑时，根据下面对本发明的详细说明，本发明的其他目的、优点和新颖性特征将变得清楚。

附图说明

图1示出了根据本公开各个方面的示例性三维工件。

图2示出了根据本公开各个方面的示例性离子注入系统的示意框图。

图3示出了根据本公开各个方面的图2的示意框图的一部分的另一示图。

图4示出了根据本公开各个方面的示例性角能量过滤器。

图5示出了根据本公开各个方面的另一示例性角能量过滤器和机械扫描件。

图6是示出了根据本公开各个方面的用于对离子注入工件进行处理的示例性方法的框图。

具体实施方式

本公开总体上涉及用于将离子注入工件的离子注入系统和方法，更具体地，涉及一种用于同时在相对于工件的第一方向上扫描离子束并在第二方向上选择性地改变被扫描的离子束相对于工件的角度的系统和方法。因此，现在将参照附图描述本发明，其中，相似的参考标号可以用于始终表示相似的元件。应当理解，对这些方面的描述仅是说明性的，它们不应当被解释为限制意义。在下文的描述中，为了解释的目的，阐述了许多具体细节，以便提供对本发明的彻底理解。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是：可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明。此外，本发明的范围并不旨在受下文参考附图描述的实施例或示例的限制，而是旨在仅由所附权利要求及其等同物限制。

还应注意，提供附图是为了给出对本公开的实施例的一些方面的说明，因此应仅被认为是示意性的。具体地，附图中所示的元件不一定彼此成比例，并且附图中各种元件的布置被选择为提供对相应实施例的清楚理解，并且不应被解释为必然表示在根据本发明实施例的实施方式中各种组件的实际相对位置。此外，除非另外明确指出，否则本文中描述的各种实施例和示例的特征可以彼此组合。

还应理解的是，在以下描述中，附图中示出或本文中描述的功能块、设备、组件、电路元件或其他物理或功能单元之间的任何直接连接或耦接也可以通过间接连接或耦接实现。此外，应当认识到，附图中所示的功能块或单元可以在一个实施例中被实现为单独的特征或电路，并且还可以或备选地在另一实施例中被完全或部分地实现在公共特征或电路中。例如，若干功能块可以被实现为在公共处理器（例如，信号处理器）上运行的软件。还应当理解，除非另有相反说明，否则在下面的说明书中被描述为基于有线的任何连接也可以被实现为无线通信。

现在参照附图，根据本公开的一个方面，图2示出了示例性离子注入系统100。例如，离子注入系统100包括端子（terminal）102、束线组件104和端站（end station）106。一般来说，端子102中的离子源108耦接至电源110以将掺杂气体离子化成多个离子并形成离子束112。在本示例中，离子束112被引导通过质量分析器114，并且自孔径116引导离开朝向端站106。在端站106中，离子束112撞击被选择性地夹持或安装到卡盘120（例如，静电卡盘或ESC）的工件118（例如，诸如硅晶片、显示面板等的半导体工件）。一旦被嵌入到工件118的晶格中，注入的离子就改变工件的物理和/或化学性质。因此，离子注入被用于半导体器件制造和金属精加工以及材料科学研究中的各种应用。

本公开的离子束112可以采取任何形式，诸如笔形或点状射束、带状射束、扫描射束或将离子引导向端站106的任何其它形式，并且所有这些形式被考虑为落入本公开的范围内。在优选实施例中，离子束112包括点状射束，其中所述点状射束通过定位于孔径116下游的射束扫描器122进行扫描。例如，射束扫描器122沿着第一轴123（例如，沿x方向）对离子束112进行静电扫描或磁扫描，其中离子束的多个子束（beamlet）可以经由平行化器124在射束扫描器的下游被进一步平行化。此外，工件扫描器126可以用于通过被扫描的离子束112对工件进行扫描（例如，沿y方向对工件118进行机械扫描）。

本公开还实现了设置在离子注入系统100中的角能量过滤器（AEF）128。例如，AEF 128可以包括由MA的Beverly的Axcelis科技公司制造的Purion离子注入系统中所提供的一个或多个特征。例如，AEF 128被配置为接收被扫描的且平行的离子束112，并且随后如图3所示沿着第二轴129（例如，沿垂直或y方向）将来自入射束线轴127的离子束朝工件118偏转，以防止中性粒子到达工件。例如，授予Benveniste等人的美国专利No.6,881,966公开了一种与静电偏转器结合使用的磁偏转器以形成混合偏转系统，该专利通过引用整体并入本文。在该混合偏转系统中，磁偏转器模块用于以通常较低的离子束能量进行偏转，而静电偏转模块以通常较高的射束能量来采用。例如，AEF 128可以被控制为以其能量函数来改变离子束112的轨迹，并且从沿着射束的行进路径行进的中性离子中偏转要被注入的期望离子。例如，AEF系统的其他公开内容可以在授予Rathmell等人的美国专利No.6,777,696和授予Graf等人的美国专利公开No.2010/0065761中找到，并且它们的全部内容也通过引用并入本文。

与机械地调整工件定位于离子束前方的角度相反，本公开利用AEF128来改变要被注入的离子束112的轨迹，使得可以通过调整离子束朝向工件118的攻击角度而在注入的同时改变注入角度。例如，传统上通过用于确定离子束和工件之间的相对朝向的系统来提供离子注入系统中的垂直射束调整。测量组件允许以相对于离子束的选择性关系在测量组件和工件之间进行相对朝向，使得可以机械地调整或建立工件和射束之间的相对朝向。例如，授予Rathmell等人的美国专利No.7,361,914提供了一种用于确定离子束和工件之间的相对朝向的示例性测量组件。

除了提供在工件支撑件120处对工件朝向的上述机械调整之外，本公开有利地利用通过由AEF 128提供的射束偏转对射束轨迹进行电子和/或磁性调整，以在注入的同时提供离子注入的可变角度。目前认识到，经由工件支撑件120的倾斜角度的机械变化提供了倾斜角度的变化频率，该变化频率明显慢于经由本公开的AEF 128的角度变化。例如，常规倾斜角度利用工件支撑件120的机械变化以大约2-3Hz进行变化，而本公开的利用AEF 128或其它射束扫描装置的角度变化能够具有比传统机械系统大一个至若干个数量级的角度变化。

将理解的是，本公开还可以用于补充上述机械工件调整，使得在工件支撑件120处的机械工件调整可以提供粗略的角度调整或旋转，同时离子束112经由AEF 128的电偏转或磁偏转提供更准确的最终角度调整，以用于在离子束112和工件118之间进行精确角度朝向。因此，角度注入装置130可以被认为包括AEF 128和可调节工件支撑件120中的一个或多个，其中所述角度注入装置被配置为改变被扫描的离子束112相对于工件118的入射角度。此外，应当注意的是，本发明可应用于笔形/点状离子束注入系统和带状射束注入系统两者。

目前还认识到，本公开中提供的较快的扫描角度变化可以用于将工件扫描（例如，与工件扫描器126相关联）与工件倾斜角度以及和机械工件调整相关联的振动去耦（decouple）。例如，AEF 128可以是电或磁能量过滤器，其中射束角度变化的频率可以显著快于机械变化。例如，离子注入系统100被配置为以大约1kH6z或每秒1000次的程度沿水平方向（例如，沿着第一轴123或沿图2的x方向）扫描离子束112。AEF 128还可操作为沿垂直方向弯曲整个扫描离子束112（例如，沿着图3的第二轴129或沿y方向将离子束112弯曲大约15-20度）。例如，被扫描的离子束112可以经由AEF 128以几百赫兹来回振荡（例如，在y方向上以每秒几百次振荡扫过被扫描的离子束）。如果工件118经由工件扫描器126以相对较慢的扫描速度（例如，每秒几厘米）沿着扫描轴（如图3的箭头132所示）行进，则在工件的顶部/中心/底部上的角度变化将是可忽略的，因为在工件被工件扫描器126扫描的同时以相对短的时间段实现了大量的角度变化。

因此，图2的本离子注入系统100在注入离子的同时改变注入的角度，并且如此有利地提供三维结构的侧壁和沟槽注入轮廓控制，以及增加超过常规方法和系统的生产量。因此，AEF 128将小角度扫描能力添加至系统，使得在注入期间，可以改变角度以在工件118的表面处具有更均匀的角度展开。

因此，本公开利用角能量过滤器128在注入期间改变注入的角度。更广泛地，离子束112对经过水平扫描的离子束112（例如，在x方向上）垂直地（例如，在y方向上）扫描。当离子束112经由射束扫描器122沿x方向（例如，以大约1kHz）被快速扫描时，即使在瞬间观察时离子束保持为点状射束，其也形成如同带状。如此，使用角度注入装置130作为扫描设备进一步垂直地扫描整个扫描离子束112（也称为“带状射束”）。因此，角度注入装置130不一定是如上所述的角能量过滤器，反而，本公开设想到可操作为沿第一方向和第二方向两者相对于工件118对离子束112进行电和/或磁扫描的任何装置。

图3和图4示出了包括AEF 128的示例性角度注入装置130，其中利用AEF 128对被扫描的离子束112（例如，沿着图2的第一轴123或x方向被扫描）进行进一步扫描（例如，沿着第二轴129或y方向）。例如，经由图2的工件扫描器126沿y方向沿着扫描轴132对工件118进行进一步扫描（例如，机械地）。例如，如图4示意性地所示，工件118包括形成或以其它方式设置在其上的多个三维结构134，诸如FinFET结构（包括设置在其上的任何其它层或结构，诸如光致抗蚀剂、氮化物、氧化物等），其中所述多个三维结构从工件的表面136延伸。因此，角度注入装置130有利地且迅速地提供一个或多个不同的入射角度变化，以通过使用AEF128扫描离子束112来对结构134的沟槽138和/或侧壁140进行充分注入。

图5示出了包括机械装置142的另一示例性角度注入装置130，其中，被扫描的离子束112（例如，由射束扫描器122沿着图2的第一轴123或x方向扫描）对工件118进行撞击，并且其中，工件利用图2和图3的工件支撑件120进一步被机械地倾斜或扫描。再次，经由图2和图3的工件扫描器126在y方向上沿着扫描轴132对图5的工件118进行进一步扫描。例如，机械装置142还可操作为使工件118（以及图2和图3的工件支撑件120）围绕z轴旋转（例如，旋转90度或任意量），使得结构134的附加表面（未示出）可以被离子束112撞击。例如，如果三维结构134的布局相对于彼此以及相对于工件118的表面136沿各个方向延伸，则工件的九十度旋转或其它期望旋转可以通过机械装置142来实现。

例如，图2至图5的角度注入装置130的组合可以用于有利地提供对工件118的静电/磁扫描以及机械扫描/倾斜两者，以用于以一个或多个入射角度注入离子。此外，图2所示的控制器150被设置和操作为基于所期望的注入来控制系统100的一些或全部，诸如AEF 128、角度注入装置130、射束扫描器122、机械装置142和/或离子注入系统的各种其它组件。

例如，本公开因此提供了将离子束112递送到设置在工件118上的图4的三维结构134（例如，FinFET器件）的侧壁140的相对侧的能力。在示例性离子注入中，通过相对于工件的中心轴旋转工件（例如，围绕所谓的“扭转角”进行旋转）而以工件倾斜角度依次对这种三维结构的相对侧壁进行注入。这种注入通常被称为“双模式注入”。类似地，通常通过以所谓的“四元注入”顺序地将工件扭转九十度四次而对三维结构的四个不同侧壁进行注入。然而，已经发现，在双模式（0o/180o）注入中，对器件的一侧上的线边缘相对于器件的另一侧上的线边缘呈现有害影响，可假设是由于从第一注入扫描到第二注入扫描的记忆效应。

根据本公开，有利地沿着图2的第一轴123对离子束112进行扫描（例如，经由射束扫描器122在水平方向或x方向上扫描），并且由平行化器124形成平行射束，由此沿着图2至图5的第二轴129对平行射束进行进一步扫描（例如，在垂直方向或y方向上扫描）。因此，由本公开提供的离子束112可操作为在单次注入扫描期间对结构134的相对侧壁140进行注入，而不需要如常规执行的那样旋转工件并执行单独的注入扫描。例如，当工件118的表面136垂直于离子束112的标称中心线144而没有倾斜角度（例如，所谓的“零度注入”）时，本公开的注入可以是特别有用的，其中，如上所述使用AEF 128对离子束进行扫描，例如，+/-10度的扫描。例如，经由AEF的离子束112的这种扫描有利地在单个注入周期中对相对侧壁140的两侧进行注入。此外，使用该方法进行方形沟槽注入（例如，三维结构138的底壁和侧壁），可以通过经由工件支撑件120对工件118进行单个九十度旋转并利用AEF 128对离子束112进行扫描，来有利地再现常规的“四元注入”，使得可以对三维结构134的所有四个侧面140进行注入，而无需通常彼此旋转九十度的四个单独的扫描通道（scan pass）。

根据另一示例性方面，图6中示出了用于以多个入射角度注入离子的方法200。应当注意的是，根据本发明，尽管示出了示例性方法并且本文中将示例性方法描述为一系列动作或事件，但是将认识到，本发明不受这些动作或事件的所示出的顺序限制，一些步骤可以按不同顺序发生和/或与除本文中示出并描述的步骤之外的其他步骤同时发生。另外，并非所示出的所有步骤都是实施根据本发明的方法所需的。此外，将认识到，可以与本文中示出并描述的系统相关联地以及与未示出的其他系统相关联地实现所述方法。

如图6所示，方法200包括：在动作202中，在工件支撑件上提供工件。在动作204中，相对于工件对离子束进行扫描。例如，工件支撑件可以包括可操作为相对于离子束平移和/或旋转工件的可移动工件支撑件。在动作206中，在被扫描的离子束撞击工件的同时改变被扫描的离子束相对于工件的入射角度。例如，在动作206中改变被扫描的离子束相对于工件的入射角度包括：改变到角能量过滤器的输入，从而在被扫描的离子束撞击工件的同时改变被扫描的离子束相对于工件的入射角度。例如，角能量过滤器包括磁偏转模块和静电偏转模块中的一个或多个。根据另一示例，改变被扫描的离子束相对于工件的入射角度进一步或备选地包括：机械地改变工件支撑件相对于被扫描的离子束的角度。例如，在被扫描的离子束撞击工件的同时执行机械地改变工件支撑件的角度。

尽管已经针对某一实施例或多个实施例示出和描述了本发明，但是应当注意的是，上述实施例仅仅作为用于实现本发明的一些实施例的示例，并且本发明的应用不限于这些实施例。具体地，关于由以上描述的元件（组件、设备、电路等）执行的各种功能，除非另外指示，否则用于描述这些元件的术语（包括对“装置”的引用）意在与执行所描述的元件的指定功能的任何元件相对应（即，功能上等同），即使结构上与本文中示出的本发明示例性实施例中的执行所述功能的公开结构不等同。另外，虽然可能已经仅针对若干实施例中的一个实施例公开了本发明的具体特征，但是这种特征可以与其他实施例中的对于任何给定或具体应用而言是想要的和有利的一个或多个其它特征组合。因此，本发明不限于上述实施例，而旨在仅由所附权利要求及其等同物限制。