专利名称：离子注入方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在半导体器件制造领域中作为杂质掺入方法之一的离子注入方法，以及用于执行这种方法的装置。
本申请是基于在日本申请的平9-088434号专利申请的申请书的，其中的内容在此引用作为参考。
离子注入是在半导体制造领域中的杂质掺入的一种方法。离子注入技术之所以被广泛地采用是由于它的主要优点是用于掺入目标的杂质原子的剂量可以通过监控注入离子流的综合数值而非常准确地加以控制。离子注入技术的其他优点是杂质原子的掺入不受形成于目标表面的薄氧化层的阻碍，并且该掺入过程可以在受控制的浓度和注入的深度分布情况下在相当大的目标面积上进行。
一个首次公布的在《日本公开特许公报》平2-18851号中公开的离子注入装置如下。
图6、7展示了上述专利申请书公开的传统离子注入装置。数字1代表半导体晶片，数字2代表用于盛放若干晶片，并使用之于用X方向旋转的圆盘，数字3代表于预定位置垂直并穿透圆盘2的厚度的狭缝，数字4代表图盘2的旋转轴，数字5代表支持圆盘2的旋转轴4的圆盘支座，数字6代表用于预定速度旋转旋转轴4的电机。另外，数字7代表用连接于圆盘支座5的螺杆，数字8代表用于旋转螺杆7的步进电机。该步进电机8在驱动器9的驱动下可以正反两个方向旋转螺杆7。圆盘支座5根据步进电机8的往复旋转可以在Y1或Y2两个方向移动。
当晶片经过离子束B的通道时，通过在晶片表面扫描离子束使得离子粒掺入晶片1。离子束扫描是通过圆盘2在X方向运动与圆盘支座5在Y1及Y2方向的运动相结合而完成的。另外，当通过圆盘2的旋转使得狭缝3进入离子束B的通道时，离子束B通过该狭缝并被置于圆盘2后的离子束探测器10所接收。该离子束探测器将在后面详细说明。
在控制器11中，当定时脉冲发生器15测出该离子束进入被离子束探测器10所接收的位置时(如图6中的虚线箭头所示)，该定时脉冲发生器产生一个定时信号15a，并传输到CPU(中央处理器)16中。数字12代表用于根据CPU16基于定时信号15a而产生的控制信号16a而对离子束流进行采样的采样保持放大器，该采样保持放大器向一个V/F转换器13提供离子束流的采样数值12a，并保持该采样电流12a直到下一个采样时间。该V/F转换器13把采样数值12a转换为一个频率信号13a。
一个射束计数器17计数该频率信号13a并产生计数信号17a，并传输到CPU16。这样CPU16就取得了掺入晶片1的一份离子粒的数目。另外，根据CPU16的控制信号16b由分频器14对频率信号13a进行分频，并把产生的分频信号14a传输至驱动器9。然后，该驱动器9以与该信号14a成正比的某一速率驱动步进电机8。螺旋螺杆7的旋转速度(圆盘2的旋扫速度)是正比于信号14a受控制的。
CPU16接收分频器14的信号14a，并获得扫描周期及圆盘支座6的移动量等数据。通过上述方法，CPU16基于信号14a及17a经过预定的计算程序，产生控制信号16b从而控制圆盘2的扫描速度。例如，如果探测到离子束的数量太大，则CPU控制以致降低圆盘2的扫描速度。
但是，在上述的的传统离子注入装置中发现了一些问题。当狭缝由于离子束的冲击破坏而发生形变时则遇到第一个问题，如图8中展示的一个例子，其中狭缝3中间部分由于离子冲击而加宽。这时，尽管离子束流I保持为常量，该离子剂量在晶片表面区域的分布也是不均匀的。
也就是说，如果狭缝3发生形变(如图8所示)，通过狭缝3中央部分的离子束流I2比通过狭缝3两端的离子束流I1及I3大。其结果是用于使离子束注入于晶片1上B’部分的扫描速度被设置得比注入晶片A’或C’部分的扫描速度要快。但是，由于离子B中离子数量(即离子束B的流量)保持不变，则位于中央部位B’的注入剂量变小。也就是说，第一个问题是由狭缝3的形变而导致晶片上离子剂量的分配不均。
如图9所示，传统离子注入装置的第二个问题是由于晶片表面充电使得注入晶片中央部分的离子束B比注射于该晶片周边区域的离子束更易于在一较大区域扩散。如果狭缝3没有变形，则在中央部分的离子束流I4变为比在周边区域的离子束流I5小。由于该离子束流保持为常量，结果中央部位的扫描速度被设定得远比所需的速度小，从而使得该晶片的中央部位注入了更高的离子剂量。
也就是说，传统装置的第二个问题是没有提供一种消除晶片表面充电影响的设备，从而生产出离子剂量分布不均匀的晶片。
考虑到以上问题，本发明的目的是提供一种用于离子注入的方法及装置，通过补偿由于狭缝形变及由于晶片表面充电而导致射束变形造成的影响，从而保证离子剂量在晶片表面均匀分布。
本发明的一个方面是用一种装置进行离子注入的方法。该装置包括如下部件，一个基片支座，该支座上有一个基片支持面及垂直并穿透该基片支座表面的一条狭缝；一个用于向该基片支座注射离子束的离子束源；一个至少通过移动基片支座或离子束而扫描的一扫描机构；该方法包括如下步骤；测量离子束中离子的数量，即沿着狭缝纵向多个位置上离子束的流量，并提供一组包括多个位置上离子剂量速率的数据；控制投射于硅晶片上的离子束中的离子数目以使离子剂量分布均匀。
对于本发明的这一方面，在沿着狭缝纵向的多个部位测量离子束中的离子数目。通过测量得到多个数据组，包括沿狭缝纵向的定位数据及对应的各位置的离子束的离子数目，并且根据这些数据组来控制要投射的离子束中的离子数目。这样，即使该狭缝沿其纵向发生形变，也可以根据这些数据组相应调整通过狭缝的离子束中的离子数目从而控制离子的剂量致使在晶片表面的各位置上产生均匀的分布。
本发明的另一方面是一种离子注入的方法，其中该方法进一步包括如下步骤在进行离子注入之前一片伪晶片设在该狭缝旁边，交替地把离子束投射到测量点及其相邻于这些测量点的伪晶片上的对应点上，同时沿狭缝纵向各部位上测量离子束中离子的数目。
对于本发明的这一方面，是通过交替把离子束投射到沿狭缝的各测量位置及与该狭缝纵向上测量位置相邻的伪晶片上的对应位置上，同时在沿狭缝纵向各部位测量离子束中离子的数目。因此，由于晶片充电而引起的离子束形变所导致的通过狭缝的离子束中离子的数目的改变可以得到补偿，并且控制投射于晶片表面各部位的离子中离子数目使得离子剂量在晶片表面的各个部位均匀分布。
本发明的另一方面是一种用于离子注入的装置，该装置包括如下几个部件一个基片支座，该支座上有一个基片支承面及垂直并穿透该基片支承面的一条狭缝；一个用于向该基片支座放射离子束的离子源；一个用于在二维平面且与基片支持面平行的方向通过扫描基片支座或离子束中至少一个而扫描晶片表面的扫描机构，一个用于在狭缝纵向探测离子束位置的位置探测装置；一个用于测量通过狭缝的离子束中的离子数目的测量装置；一个用于存储由位置探测装置及测量装置获得的多组数据的存储器；一个用于根据某组数据控制离子束中的离子数目的控制装置。
对于本发明的这一方面，在沿狭缝纵向的多个部位分别测量离子束中离子的数目，通过测量取得一组数据，其中包括沿狭缝纵向的位置及对应于这些位置的离子束中离子的数目。根据这些数据来控制离子束中离子的数目以保证离子剂量的均匀分布。这样，即使该狭缝发生形变使得狭缝沿纵向各部位的宽度不一致，也可以根据这组数据调整通过狭缝的离子束的数量，从而控制离子束中离子的数目以保证在晶片表面各部分均匀地注入离子。
对于本发明的另一方面，在沿狭缝纵向各部位照射的离子束中离子的数目的测量是在该离子束投射到狭缝的测量位置及投射到邻近于该测量位置的另一位置而交替进行的。因此，由于基片充电而引起离子束形变所导致通过狭缝的离子束流中离子的数目的改变能够得到补偿，并且可以控制注入晶片表面各部分的离子束中离子的数目以保证离子的均匀注入。
对于本发明的这一方面，由于该装置提供了位置探测装置及用于测量通过狭缝的离子束中离子的数目的测量装置，从而可以提供由狭缝的位置数据及在各位置上离子束的数目数据组成的多个数据组。这些数据组存于设置在控制器中的存储器内，并且这些数据使得控制器可以控制离子束中离子的数目以保证均匀地注入离子。
图1表示对应于本发明一个实施例的离子注入控制装置的原理框图，其中该装置的一部分以截面视图展示。
图2表示图1所示的离子注入装置的正视图。
图3是用于说明本发明第一种离子注入方法的示意图。
图4为说明本发明的第一种离子注入方法的流程图。
图5是用于说明本发明的第二种离子注入方法的示意图。
图6为传统离子注入装置的原理图，其中一部分以截面视图展示。
图7为传统离子注入装置的正视简图。
图8是用于说明传统离子注入装置中的第一问题的示意图。
图9是用于说明传统离子注入装置中的第二个问题的示意图。
下面根据图1及图2说明本发明的第一个实施例。
图1及图2展示了本发明第一实施例的一个离子注入装置。在这些图中，相同的参考数字表示与传统装置中相同的部分，对这些相同部分的解释在此省略。
圆盘(或晶片支座)2设置于装置上，致使在电机6的带动下可以在X或X’方向旋转(参照图5)。另外，根据控制器11的指令信号驱动器9对步进电机发出激励信号，使其带动螺杆7往复旋转，圆盘2随着沿Y1或Y2方向移动。这样，圆盘2平行于晶片表面被进行二维扫描。
如图2所示，本实施例的装置包括一个带有多个传感器20的位置识别装置21。在该位置识别装置21中是以这样一个结构，即在与离子束B在圆盘2上的位置相对应的某个传感器20的位置，接受到由圆盘支座5发出的光线22，进行离子束位置的识别。由位置识别装置21获得的该位置信号21a被传输到控制器11。
另外，如图1所示，在控制器11中设置一个计算装置18用于计算测量校准因子，该因子用于使离子束中的离子数目标准化，一个存储器19用于存储一组由位置识别器21取得的位置信息及由计算装置21获得的代表离子束中离子数目的剂量校准因子组成的数据，及一个计算装置23用于计算离子注入所需的适当的离子束流量。
第一种方法下面将详细说明本发明中离子注入的第一种方法。在本方法中，在离子注入之前先沿狭缝3的长度方向对离子束的离子数目进行标准，下面具体说明。
第一，如图3所示，旋转圆盘2使离子束B注入到狭缝3的X1位置上。在此情况下，该穿过狭缝3的离子束B由采样保持放大器12及V/F转换器转换为信号13a，并传输到计算装置18(如图4所示)。在计算装置18中，由下面的公式I/I0＝K (1)计算出剂量校准因子K，其中I为该离子束的实际流量或实际离子数目，I0为该离子束的标准流量或标准的离子数目。
接着，该剂量校准因子K作为信号18a传输并存储于存储器19中。该存储器把该剂量校准因子与位置识别装置21传来的信号21a合起来作为一组数据存储。也就是说，信号21a与18a以如下格式存储(狭缝中离子束的位置，在该位置上的剂量校准因子)＝(X1，KX1)，通过扫描圆盘支座5，并对位置X2……Xn，按图4中虚线(1)的过程进行，得到多组数据，(X1，KX1)，(X2，KX2)，……(Xn，KXn)并存于存储器中。由于根据这些数据组对离子束中离子数目进行校准，所以即使狭缝沿纵向的宽度发生部分形变，也可从使通过狭缝3形变部分的离子数目得以改变，从而使在晶片表面各部分均匀分布离子剂量。也就是说，在晶片表面上各部分的离子剂量分布保持一致。
第二种方法下面将介绍本发明中离子注入的第二种方法。
在离子注入之前先进行狭缝3纵向的离子束中离子的数目的校准。
如图5所示，驱动圆盘2，使得离子束B注入到伪晶片1’的位置X1’上。接着，朝X方向旋转圆盘2，使得离子束B注入到狭缝3的位置X1上，并按第一种方法中相同的过程取得一组数据(X1，KX1)。
接着，驱动圆盘2使得离子束B位于伪晶片1’的位置X2上，再向X方向旋转圆盘2使离子束注入狭缝3的位置X2上。并按第一种方法中的相同过程取得第二组数据(X2，KX2)。通过这一过程，在伪晶片1’的位置X2’上因充电而产生的影响可以反映在这些数据组中。可以预见当离子束B位于伪晶片1’中央位置XK’时因充电的影响而导致离子束的扩散变为最大。该校准过程也把这一充电影响反映在数据组(XK，KXK)中。通过重复相同的过程，得到一系列数据组并作为数据组(X2，KX1)，(X1，KX2)，……(Xn，KXn)存储起来。
通过这一过程可以消除充电的影响。
接着按照与第一种方法相同的方法进行离子注入操作。
根据本发明的实施例，在沿狭缝3纵向各个部位对离子束中离子的数目的测量是通过交替把离子束注入测量点及邻接于在晶片1’中测量点的伪晶片1’上的点而进行的。这样就可以补偿由于晶片充电而导致离子束变形所引起的离子束中离子数目的变化。并且同时可以补偿由于狭缝3形变而引起的离子束中离子数目的改变。因此，通过补偿由于狭缝3形变或晶片1充电所引起的离子束中离子数目的变化，保持了离子剂量的均匀分布。
在这说明本发明的例子中，为了扫描离子束B是固定的而圆盘2是被驱动的。但这并不排除扫描离子束或同时移动离子束B及圆盘2而进行扫描。
本发明的离子注入方法及装置具有如下优点对于离子注入的第一种方法，由于该方法包括在沿狭缝的各个部位测量离子束中离子的数目，并提供代表测量位置及对应离子束中离子数目的一组数据，以及校准所注入的离子束中的离子数目等步骤，因此可以通过调整通过狭缝的离子束中离子的数目，以致于即使狭缝变形也可以保证所注入离子的一致，达到均匀注入晶片表面的目的。也就是说，可以在晶片表面各点均匀分布离子剂量。
对于离子注入的第二种方法，通过交替把离子束注入测量点及邻接于该测量点的伪晶片上的一部位，进行测量离子束中离子的数目。这一方法通过补偿由于晶片表面充电所引起的离子束形变而导致离子束中离子数量的变化，从而能够消除晶片带电的影响。
根据本发明中的离子注入装置，由于该装置包括一个用于探测注入离子束位置的位置深测装置，一个用于测量离子束中离子数目的测量装置，用于存储一系列数据组的存储装置，及一个用于根据这些数据校正离子束中离子的数目、保证注入离子束一致性的校正装置，从而使得离子剂量在晶片表面的均匀分布。
权利要求
1.一种使用离子注入装置进行离子注入的方法，其中在该装置中设有一个用于支持基片的基片支座，它包括一个基片支持面，其上有一条至少穿透该基片支持面的部分表面的狭缝；一个朝所述基片支座照射离子束的离子源；一个通过二维平行方向移动所述离子束或所述基片支座中任何一个以覆盖基片表面的扫描机构；其特征在于该离子注入方法包括如下步骤提供若干数据组，该数据组中包括沿所述狭缝纵向的各个位置数据及在对立位置上通过离子束测量所获得的离子束中离子的数目；根据所述的数据组控制注入的离子束中离子的数目。
2.如权利要求1所述的离子注入方法，其特征是还包括如下步骤在进行离子注入之前邻接于所述的狭缝放置一片伪晶片；交替把离子束注入到测量位置及邻接于该测量位置的伪晶片上一部位，并通过测量沿狭缝纵向上各个点的离子束中离子数目，提供所述的多个数据组。
3.一种用于离子注入的装置，其特征在于，包括一个基片支座，它包括一个基片支持面，和至少穿透所述的一部分基片支座的厚度形成的一狭缝；一个用于向基片注射离子束的离子源；一个通过在二维平行于基片表面移动所述离子束或所述基片支座中任一个来扫描离子束的扫描机构；其中所述的装置还包括一个用于在狭缝纵向探测离子束位置的位置探测器；一个用于测量通过基片支座上狭缝的离子束中离子数目的测量装置；一个用于存储所述位置探测器及所述测量装置获得的多组数据组的存储器；一个用于控制将被注入基片的离子束中离子数目的控制器。
全文摘要
一种利用离子注入装置注入离子的方法,其中该离子注入装置包括一个带狭缝的圆盘,一个离子源,一个通过二维移动该圆盘进行离子束扫描的扫描机构,其包括电机、步进电机等。先在沿该狭缝纵向和多个位置上测量离子束中离子数目,并提供表示该狭缝位置及离子束中离子数目的多个数据组。根据这些数据组调整用于离子注入的离子束中离子的数目,以实现在晶片表面注入离子量的均匀分布。
文档编号H01L21/265GK1195882SQ9810115
公开日1998年10月14日 申请日期1998年4月6日 优先权日1997年4月7日
发明者児玉修一 申请人:日本电气株式会社