用于连续链式能量离子注入的方法和装置与流程

本装置总体上涉及离子注入系统和方法，更具体地涉及用于在离子注入期间将选择性控制的可变能量离子束传送至工件的系统和方法。

背景技术：

1、在半导体器件的制造中，离子注入用于在半导体中掺杂杂质。离子注入系统和方法用于用来自离子束的离子掺杂工件(例如半导体晶圆)，以产生n型或p型材料掺杂，或在集成电路制造过程中形成钝化层等工艺。这种射束处理通常以预定的能级和受控的浓度或剂量将含有指定掺杂剂材料的杂质选择性地注入晶圆，以在集成电路制造过程中生产半导体材料。当用于掺杂半导体晶圆时，离子注入系统将选定的离子种类注入工件以产生所需的非本征材料。例如，注入由锑、砷或磷等源材料产生的离子导致“n型”非本征材料晶圆，而“p型”非本征材料晶圆则通常由硼、镓或铟等源材料产生的离子生成。

2、典型的离子注入机包括离子源、离子提取装置、质量分析装置、射束传输装置和晶圆加工装置。离子源产生所需原子或分子掺杂剂种类的离子。这些离子通过提取系统(通常是一组电极)从离子源中提取，该提取系统激发并且引导来自该源的离子流，从而形成离子束。在质量分析装置中，目标离子从离子束中分离出来，通常是磁偶极子对提取的离子束进行质量色散或分离。射束传输装置通常是一个真空系统，其包含一系列聚焦装置和其他操控离子束的子系统，将离子束传输到晶圆加工装置，同时保持或改善离子束的所需特性。最后，半导体晶圆通过晶圆处理系统(可包括一个或多个机械臂)移入和移出晶圆加工装置，用于将待处理的晶圆放置在离子束前，并从离子注入机中取出处理过的晶圆。

3、目前的离子注入技术建立了将特定条件注入工件的配方，也称为基材或晶圆。这种配方产生基材内的特定浓度轮廓，通常是由被注入的掺杂剂的类型或所需种类、工件的密度和成分、诸如注入种类的能量、离子束相对于工件表面的注入角度(例如倾斜或扭曲)的注入条件、以及注入的总剂量来确定。

4、为了建立单个能量注入步骤无法提供的所需掺杂剂轮廓，通常在同一基材上进行同一种类的多个注入步骤，一般采用能量、剂量、倾斜或扭曲的不同组合。虽然剂量、倾斜或扭曲可在单个注入周期内通过将注入过程拆解为多个步骤或所谓的注入步骤“链”调节，但由于潜在污染，改变注入的能量通常需要在工件不存在的情况下对离子注入系统的各种设置进行重大调整，由此会增加进行该调整所涉及的设置时间，从而影响离子注入系统和工艺的生产率。同时，工件处理和硬件会造成颗粒污染、工件错位和/或将工件从工艺环境中移除以适应上述调整相关的灾难性的晶圆掉落。

5、因此，本申请设想了一种离子注入系统和工艺，其中可以进行能量链式注入，使得离子束能量可选择地变化并传递至工件以在其中注入离子，且在离子束能量选择性变化的同时，工件保持在工件支撑件。

6、此外，对上游组件(例如离子源和离子提取装置)的调整通常会需要对下游组件(例如质量分析装置和射束传输装置)进行进一步调整，并且可能需要在各个注入步骤之间从工艺环境移除基材或工件以及将基材或工件更换至工艺环境，这进一步影响注入工艺的生产率。同时，工件处理和硬件会造成颗粒污染、工件错位和/或灾难性的晶圆掉落。

7、本公开认识到，这个问题在低温和/或高温注入尤其值得关注，其中热预算约束限制了工件暴露于升高或降低温度的所需时间长度。

技术实现思路

1、本公开设想了一种离子注入系统和工艺，其中可以进行能量链式注入，使得离子束能量可选择地变化并传递至工件以在其中注入离子，且在离子束能量选择性变化的同时，工件保持在工件支撑件上。因此，本公开提供了一种系统、装置和方法，用于向具有选择性可变离子束能量的工件提供离子束。由此，下文是对本公开的简化概述，以提供对本发明某些方面的基本理解。本
技术实现要素：
不是对本发明的广泛概述。它既不旨在识别本发明的关键或重要要素，也不旨在描绘本发明的范围。其目的是以简化的形式提出本发明的一些概念，作为下文更详细描述的序言。

2、根据一示例方面，提供一种用于产生离子的链式能量注入的离子注入系统，其中，所述离子注入系统包括离子源，其配置成电离掺杂剂材料并生成离子束。加速/减速级，例如，配置成接收所述离子束，其中所述加速/减速级配置成基于一个或多个输入选择性地改变所述离子束的能量，从而定义选择性可变能量离子束。进一步地，单工件终端站定位于所述加速/减速级的下游侧，其中所述单工件终端站包括工件支撑件，所述工件支撑件配置成在用于连续离子注入的选择性可变能量离子束之前选择性地定位和保持一个单个工件。在所述离子束的能量选择性改变的同时，所述单个工件例如保持在终端站内的所述工件支撑件上。

3、根据另一示例方面，一种离子注入系统配置成将选择性可变能量离子束提供至工件。所述离子注入系统包括配置成电离掺杂剂材料并生成离子束的离子源和配置成接收所述离子束的加速/减速级。所述加速/减速级配置成基于所述加速/减速级的一个或多个输入选择性地改变所述离子束的能量，从而定义所述选择性可变能量离子束。终端站，例如其定位于所述加速/减速级的下游侧，其中所述终端站包括工件支撑件，所述工件支撑件配置成在用于离子注入的选择性可变能量离子束之前选择性地定位所述工件。在所述离子束的能量选择性改变的同时，所述工件例如保持在所述终端站内的所述工件支撑件上。进一步地，例如热装置配置成将所述工件的温度控制在所述工件支撑件上的预定处理温度。所述预定处理温度例如与所述离子注入系统的高温配置和所述离子注入系统的低温配置中的一者相关联，其中在所述离子束的能量选择性改变的同时，所述工件保持在所述终端站内的所述工件支撑件上。

4、根据又一示例方面，一种离子注入系统配置成将选择性可变能量离子束提供至工件，并包括离子源，所述离子源配置成电离掺杂剂材料并生成离子束。加速/减速级配置成接收所述离子束，其中所述加速/减速级配置成基于所述加速/减速级的一个或多个输入选择性地改变所述离子束的能量，从而定义所述选择性可变能量离子束。进一步地，终端站定位于所述加速/减速级的下游侧，其中所述终端站包括工件支撑件，所述工件支撑件配置成在用于离子注入的选择性可变能量离子束之前选择性地定位所述工件，其中，在所述离子束的能量选择性改变的同时，所述工件保持在所述终端站内并持续暴露于所述离子束。

5、为了实现上述目的和相关目的，本发明公开内容包括以下充分描述并在权利要求书中特别指出的特征。以下说明书和所附附图详细阐述了本发明的某些说明性的实施例。然而，这些实施例指示了可以采用本发明原理的各种方式中的几种。当结合附图考虑时，本发明的其它目的、优点和新颖特征将从对本发明的以下详细描述中变得明显。

技术特征：

1.一种用于产生离子的链式能量注入的离子注入系统，所述离子注入系统包括：

2.根据权利要求1所述的离子注入系统，进一步包括可操作地耦接至所述加速/减速级的一个或多个电源，且其中所述一个或多个输入包括一个或多个电偏置信号。

3.根据权利要求2所述的离子注入系统，其中，所述加速/减速级包括具有一个或多个电极对的电极柱，且其中所述一个或多个电偏置信号工提供给所述电极柱的所述一个或多个电极对。

4.根据权利要求3所述的离子注入系统，其中，所述电极柱包括离子束加速器、离子束减速器和弯曲电极中的一个或多个。

5.根据权利要求2所述的离子注入系统，其中，所述一个或多个电偏置信号包括电压和电流中的一个或多个。

6.根据权利要求2所述的离子注入系统，进一步包括控制器，所述控制器可操作地耦接至所述一个或多个电源，并配置成根据多个工艺配方选择性改变提供给所述加速/减速级的一个或多个电偏置信号。

7.根据权利要求1所述的离子注入系统，进一步包括热装置，所述热装置配置成将所述单个工件的温度控制在所述工件支撑件上的预定处理温度，且其中所述预定处理温度与所述离子注入系统的高温配置和所述离子注入系统的低温配置中的一者相关联。

8.根据权利要求1所述的离子注入系统，进一步包括扫描装置，所述扫描装置配置成沿第一扫描轴和第二扫描轴相对于彼此扫描所述离子束和工件支撑件中的一个或多个。

9.一种配置成将选择性可变能量离子束提供至工件的离子注入系统，所述离子注入系统包括：

10.根据权利要求9所述的离子注入系统，其中，所述热装置包括热卡盘，其中所述热卡盘配置成在所述高温配置中将所述工件加热至大于约300c。

11.根据权利要求10所述的离子注入系统，进一步包括可操作地耦接至所述加速/减速级的一个或多个电源，且其中所述一个或多个输入包括一个或多个电偏置信号。

12.根据权利要求11所述的离子注入系统，其中，所述加速/减速级包括具有一个或多个电极对的电极柱，且其中所述一个或多个电偏置信号工提供给所述电极柱的所述一个或多个电极对，且其中所述电极柱包括离子束加速器、离子束减速器和弯曲电极中的一个或多个。

13.根据权利要11所述的离子注入系统，进一步包括控制器，所述控制器可操作地耦接至所述一个或多个电源，并配置成根据多个工艺配方选择性改变提供给所述加速/减速级的一个或多个电偏置信号。

14.根据权利要9所述的离子注入系统，其中，所述工件支撑件包括配置成仅支撑一个工件的单工件支撑件。

15.根据权利要9所述的离子注入系统，进一步包括扫描装置，所述扫描装置配置成沿第一扫描轴和第二扫描轴相对于彼此扫描所述离子束和工件支撑件中的一个或多个。

16.一种配置成将选择性可变能量离子束提供至工件的离子注入系统，所述离子注入系统包括：

17.根据权利要求16所述的离子注入系统，进一步包括可操作地耦接至所述加速/减速级的一个或多个电源，且其中所述一个或多个输入包括一个或多个电偏置信号。

18.根据权利要求17所述的离子注入系统，其中，所述加速/减速级包括具有一个或多个电极对的电极柱，且其中所述一个或多个电偏置信号工提供给所述电极柱的所述一个或多个电极对，且其中所述电极柱包括离子束加速器、离子束减速器和弯曲电极中的一个或多个。

19.根据权利要求17所述的离子注入系统，进一步包括控制器，所述控制器可操作地耦接至所述一个或多个电源，并配置成根据多个工艺配方选择性改变提供给所述加速/减速级的一个或多个电偏置信号。

20.根据权利要求16所述的离子注入系统，进一步包括热装置，所述热装置配置成将所述工件的温度控制在所述工件支撑件上的预定处理温度，且其中所述预定处理温度与所述离子注入系统的高温配置和所述离子注入系统的低温配置中的一者相关联。

技术总结
一种离子注入系统和方法，可选择性地改变至工件的离子束能量，使其在射束前方依次通过。注入系统具有用于产生离子束的离子源和用于改变离子束能量的加速/减速级，所述加速/减速级基于提供给其的电偏置来改变离子束能量。加速/减速级的正下方设置工件支撑件，以通过选择性变化能量离子束支撑工件，并且可以在射束能量变化期间进行热控制以控制工件温度。当工件位于射束前方时，能量可变化，且控制器可控制电偏置以控制离子束的能量变化，在工件支撑件上将工件单次定位时，可获得多个工艺配方。

技术研发人员：科森·詹,詹姆斯·德卢卡,威廉·宾茨
受保护的技术使用者：艾克塞利斯科技公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31