專利名稱：離子注入器電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在制造電子器件時將離子注入到襯底(例如，半導(dǎo)體晶片)中的離子注入器，更具體地說，本發(fā)明涉及能夠工業(yè)規(guī)模處理晶片的離子注入器。
背景技術(shù)：
離子注入技術(shù)通常用作在制造集成電路中采用的一種工藝，用于通過在半導(dǎo)體材料的預(yù)定區(qū)域中摻雜預(yù)先確定濃度的雜質(zhì)原子，從而改變這些區(qū)域中的電傳輸特性。這種技術(shù)一般包括生成一束預(yù)先選擇類別的離子，并且將該離子束射向靶襯底。離子注入的深度取決于離子束在襯底處的能量和其他因素。隨著用于超大規(guī)模集成電路(ULSI)的單個晶片上器件密度增加并且單個器件的側(cè)向尺寸縮小，離子注入器使用低能離子(例如，月0.2Kev到10KeV的)來形成淺結(jié)的能力變得日益有用。同時，在商用離子注入中，能夠在盡可能短的時間內(nèi)處理單個晶片也是有用的。在許多應(yīng)用中，通過提供較大的離子束電流，從而縮短了處理時間。但是，由于空間電荷效應(yīng)，常常難以傳輸?shù)湍艽箅娏麟x子束。
美國專利No.5,932,882描述了一種現(xiàn)有技術(shù)，在該技術(shù)中，以高能傳輸離子束，然后剛好在該離子束轟擊襯底前將其減速為低能離子束。該參考文獻的離子注入器包括離子束發(fā)生器，該離子束發(fā)生器包括離子源和提取電極組件，用于提取來自源的離子并且形成離子束。該提取電極組件包括一個或多個電極，這些電極一般具有孔隙，離子束通過這些孔隙被成形。與離子束發(fā)生器相鄰的磁體根據(jù)離子的質(zhì)量在空間上分離離子束。飛行管傳輸具有傳輸能量的離子束，并且襯底保持器保持要被注入離子束的襯底。減速電勢發(fā)生器被連接來將減速電勢施加到減速透鏡組件，該減速透鏡組件位于飛行管和襯底保持器之間，用于將離子束中的離子減速到期望的注入能量。位于飛行管和襯底保持器之間的減速透鏡組件包括多個電極，每個電極一般都具有離子束通過的孔隙。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種離子注入器，該離子注入器具有減速透鏡組件，該減速透鏡組件包括多個電極，其中所述減速電極中的一個或多個孔隙以可以提高離子注入器性能的方式成形。在一個實施例中，電極孔隙形狀上總體為橢圓形，并且總體上符合穿過該孔隙的離子束的形狀。在某些應(yīng)用中，相信橢圓形或類似的形狀可以減小下述電場中的像差，所述電場是由離子注入器的減速電極組件的開孔電極投射或者以其他方式影響的電場。
在一個所示實施例中，孔隙具有限定中心點的周長。縱軸穿過中心和在周長的兩端的兩個端點。孔隙的最大長度沿軸在這兩個周長端點之間測量出。橫軸也穿過中心點和在孔隙的兩側(cè)的兩個周長中點?？紫兜淖畲髮挾妊貦M軸在這兩個周長側(cè)點之間測量出。
在一個實施例中，孔隙的寬度從在側(cè)面中點處沿橫軸測量出的最大寬度的點到每個孔隙端點單調(diào)減小。在另一個方面中，孔隙的平均寬度比該孔隙的最大寬度小。在更具體的實施例中，軸線段從孔隙中心延伸孔隙長度的40％到在該線段的末端處的中間點。在從中心到中間點的每個點處測量出的孔隙的平均寬度比該孔隙的最大寬度小很多。在所示實施例中，取決于特定透鏡元件的應(yīng)用，沿該線段上的點測量出的孔隙的平均寬度在20～100mm的范圍內(nèi)。這些長度也可以與機器的尺寸成比率。
應(yīng)當(dāng)意識到類似橢圓形的孔隙形狀可以增加離子束傳輸，減小電場中的像差或提供其他好處。例如，在一個實施例中，伸長的孔隙可能是非橢圓形的，但是該孔隙的寬度仍舊從側(cè)面中點到每個孔隙端點單調(diào)減小，該減小的方式與橢圓形孔隙的類似。此外，在從孔隙中心到長度為孔隙長度的40％的軸線段的末端處的中間點在該線段上的每個點處測量出的孔隙的平均寬度比該孔隙的最大寬度小很多。
在另一個實施例中，相信非圓形的、非伸長的孔隙也可以提高離子注入器的性能。例如，部分為正方形并且具有四個漸圓的拐角的孔隙。在這種實施例中，孔隙的寬度從在側(cè)面中點處沿橫軸測量出的最大寬度到每個孔隙端點單調(diào)減小。此外，在從孔隙中心到長度為孔隙長度的40％的軸線段的末端處的中間點在該線段上的每個點處測量出的孔隙的平均寬度比該孔隙的最大寬度小很多。另外，另一個實施例可以具有圓形孔隙。
還存在本發(fā)明的其他方面。因此，應(yīng)當(dāng)理解，前面僅是本發(fā)明的某些實施例和方面的簡單總結(jié)。本發(fā)明的其他實施例和方面將在下面提及。還應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對所公開的實施例作出許多改變。因此，前面的總結(jié)不意味著限制本發(fā)明的范圍。相反，本發(fā)明的范圍應(yīng)由所附權(quán)利要求書及其等同物確定。


現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明的實施例的示例，在附圖中圖1是現(xiàn)有技術(shù)的減速電極的孔隙的示意圖。
圖2示出了可以采用根據(jù)本發(fā)明實施例的電極的離子注入器的一個示例的示意圖。
圖3是圖2的減速透鏡電極組件的示意電氣圖；圖4示出了圖2和圖3中示出的地電極的示意正視圖；以及圖5是圖4的電極的孔隙的示意圖；圖6是減速電極的孔隙的替換實施例的示意圖；以及圖7是減速電極的孔隙的另一個替換實施例的示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明一個實施例的離子注入器在圖2中總地標(biāo)為1。離子注入器1包括用于產(chǎn)生離子束的離子束發(fā)生器3。與離子束發(fā)生器相鄰的磁體5根據(jù)離子的質(zhì)量在空間上分離束離子。設(shè)置為與分析磁體5相鄰的離子選擇器7用來選擇待注入到靶襯底的離子種類，并將丟棄由磁體從它們中空間分離的其他離子。通過降低離子的速度從而控制離子束在注入前的最終能量。位于離子選擇器7和電極組件9之間的屏蔽組件減少電場從電極組件9穿透到離子選擇器7中。與電極組件9隔離開的支撐裝置或保持器11支撐要被注入束離子的靶襯底12。注入器1可能是批量系統(tǒng)，其對成批晶片或單個晶片系統(tǒng)進行注入。等離子體流(plasma flood)發(fā)生器13設(shè)置在電極組件9和襯底支撐11之間，在靶表面處將電子和其他帶電粒子引入到離子束中，來使離子束和晶片表面中和。離子束收集器14位于襯底支撐11的下游，充當(dāng)離子束阻擋裝置和用于劑量測定的離子流探測器。
參考圖3到圖7，減速透鏡電極組件9包括預(yù)聚焦開孔平板電極60和定位為開孔平板電極60相鄰的場或聚焦電極61，其向通過第一開孔平板電極60的孔隙62的離子束146的束離子提供聚焦場。場電極61一般是圓形對稱的，并且限定孔隙63，該孔隙與屏蔽組件的平板電極60的出口孔隙62相鄰并且基本共軸。在替換實施例中，這些電極可以具有圓形之外的其他形狀，并且可能彼此偏移或彼此扭曲來導(dǎo)向光束。減速透鏡組件還包括開孔接地平板電極65，該電極的電勢為靶的電勢。在當(dāng)前實施例中，靶被維持在接地電勢。當(dāng)然，可以意識到也可以利用其他電勢。接地平板電極65一般與離子束146成橫向設(shè)置，并且限定離子束可以通過的另一個孔隙67，該另一個孔隙67設(shè)置為與場電極孔隙63相鄰?？梢砸庾R到這些電極可以相對于離子束設(shè)置在其他位置和相對于彼此設(shè)置在其他位置。
如下面詳細解釋的，減速電極60、61和65各自的孔隙62、63和67中的一個或多個可以以這樣的方式來成形，該方式可以提高注入器1的性能。例如，圖4和圖5以示意形式示出了接地平板電極65的孔隙67的表面。在所示實施例中，孔隙67一般為橢圓形，并且一般符合通過孔隙67的離子束146的形狀。相反，如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)的減速電極的孔隙通常為矩形。
本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，橢圓或類似的形狀可以增加離子束傳輸通過減速組件電極，同時維持良好的離子束傳輸。還相信橢圓或類似的形狀可以減少與離子注入器的減速電極組件的電極中的孔隙內(nèi)和孔隙間的電場的具體幾何形狀有關(guān)的光束中的像差。
在場電極61和平板電極65中形成的孔隙63和67中的每個制作為比在這些孔隙處的離子束截面積大。離子束可以直接穿過，基本上不會接觸電極61、65，并且基本上大多或全部離子束流可以被傳輸過。對于給定質(zhì)量的離子、孔隙63和67每個之間的距離、以及分析磁體5，離子束的截面積將取決于以下因素，例如，離子束發(fā)生器和磁體光學(xué)元件、磁體的分離功率和質(zhì)量分離裂縫的寬度，這些因素中的每個都可以用來控制離子束在將降速裝置和靶襯底處的截面積。應(yīng)當(dāng)意識到，在某些應(yīng)用中，可以應(yīng)用比離子束截面積小的一個或多個電極孔隙。
在所示實施例中，在場電極61和地電極65中形成的離子束孔隙被延長，以更好地符合離子束的截面積。因此，電極65的孔隙67的長度L比圖5所示孔隙67的寬度W大。這里所使用的術(shù)語“長度”指在孔隙的延伸方向上的測量值，術(shù)語“寬度”指與相對于該延伸方向的橫向方向上的測量值。在一個實施例中，場電極61的離子束孔隙63和開孔平板電極65的離子束孔隙67具有這樣的尺寸長度約90mm，寬長比約0.85。另一個示例的合適橢圓形孔隙具有這樣的尺寸長度約70mm，寬長比約0.75?？梢韵嘈牛Q于具體每種應(yīng)用，在大約0.2～1或0.5～1范圍內(nèi)的寬長比可適于許多應(yīng)用。因此意識到，延伸的方向可以是垂直、水平或其他方向，并且孔隙可以比其高度更寬。因此，在約0.2～1.5范圍內(nèi)的寬長比可適用于許多應(yīng)用。
在圖5的實施例中，孔隙67具有周長70，該周長70限定中心點C。縱軸H穿過中心C和在周長70的兩端的兩個孔隙端點E1和E2。孔隙67的最大長度L沿軸H在孔隙端點E1和E2之間測量出。橫軸T也穿過中心點C和在孔隙67的兩側(cè)的兩個孔隙中點M1和M2?？紫?7的最大寬度W沿軸T在側(cè)點M1和M2之間測量出。
可以看到，孔隙的寬度從中心點C(具有沿橫軸T在側(cè)面中點M1、M2之間測量出的最大寬度W0)到每個孔隙端點E1、E2單調(diào)減小。另外，孔隙的平均寬度比孔隙67的最大寬度W0小。在所示實施例中，軸線段從孔隙中心C延伸孔隙67的長度L的40％到在該線段的末端處的中間點11。在該中間點11處測量出的孔隙67的寬度示作寬度W1。沿軸H在中心點C和中間點11之間的第二中間點12處測量出的孔隙67的寬度示作寬度W2。在從中心點C到中間點11的每點處測量的孔隙67的平均寬度比孔隙67的最大寬度W0小很多。在各種實施例中，取決于應(yīng)用，沿該線段上的點測量的孔隙的平均寬度一般可能在例如最大寬度的50～98％范圍內(nèi)。
相反，圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的減速電極孔隙72，該減速電極孔隙72總體為矩形，盡管在拐角處被稍稍變圓，例如拐角K1。該伸長的孔隙72限定了中心點C、縱軸H、橫軸T、沿縱軸H的孔隙端點E1、E2和沿橫軸T的孔隙中點M1、M2。軸線段從孔隙中心C延伸孔隙72的長度L的40％到在該線段端點處的中間點11。在該中間點11處測量出的孔隙72的寬度示作寬度W1。沿軸H在中心點C和中間點11之間的第二中間點12處測量出的孔隙72的寬度示作寬度W2。孔隙72的這些寬度W0、W1和W2基本相等。實際上，在從中心點C到中間點11的每點處測量出的孔隙72的平均寬度與孔隙72的最大寬度W0基本相等。
應(yīng)當(dāng)意識到，類似于橢圓的孔隙形狀可以增加離子束傳輸，減少電極電場中的像差，或者提供其他好處。例如，在一個實施例中，伸長的孔隙74(圖6)限定中心點C、縱軸H、橫軸T、孔隙端點E1、E2和孔隙中點M1、M2，該孔隙74可以是非橢圓形的，但是該孔隙的寬度仍舊從側(cè)面中點M1、M2到每個孔隙端點E1、E2單調(diào)減小，該減小的方式與孔隙67的類似(以虛線示出的)。
此外，軸線段從孔隙中心C延伸孔隙74的長度L的40％到在該線段的末端處的中間點11。在該中間點11處測量出的孔隙74的寬度示作寬度W1。沿軸H在中心點C和中間點11之間的第二中間點12處測量出的孔隙74的寬度示作寬度W2。在從中心點C到中間點11的每點處測量處的孔隙74的平均寬度比孔隙74的最大寬度W0小很多。
在某些應(yīng)用中，任意電極孔隙62、63和67可以總體上是圓形的(盡管它們可以是這里所述或所要求的橢圓形或其他形狀的)，并且直徑為例如約75mm。在其他應(yīng)用中，減速電極60的孔隙62給出了一個非圓形、非伸長的孔隙的示例，取決于具體應(yīng)用，相信該孔隙改善了某些實施例的離子注入器的性能。例如，在圖7所示實施例中，孔隙62形狀上部分為正方形的，并且具有四個漸圓的拐角。這種形狀的孔隙可能適于某些應(yīng)用，在這些應(yīng)用中，接地平板電極65具有較小的面積，例如85×65mm。
圖7的孔隙62限定中心點C。第一軸H穿過中心C，并且在兩個孔隙端點E1和E2處正交穿過兩側(cè)S1、S2。孔隙62的長度L沿軸H在孔隙端點E1和E2之間測量出。正交的橫軸T也穿過中心點C，并且在孔隙67的側(cè)面S3、S4處穿過兩個孔隙中點M1和M2?？紫?2的最大寬度W沿軸T在孔隙中點M1和M2之間測量出，并且該最大寬度W與孔隙62的長度L基本相等，在圖7的示例中為80mm。漸圓的拐角可以具有例如約20mm的半徑?？梢砸庾R到，該孔隙無需總體上為正方形，而可以為其他形狀，例如總體上為矩形，并且具有圓拐角，提供這里所述的平均孔隙寬度。
可以看到，孔隙62的寬度從沿橫軸T在側(cè)面中點M1、M2處測量出的最大寬度W0到每個孔隙端點E1、E2單調(diào)減小。另外，孔隙的平均寬度比孔隙62的最大寬度W0小。在所示實施例中，軸線段從孔隙中心C延伸孔隙62的長度L的40％到在該線段的末端處的中間點11。在該中間點11處測量出的孔隙62的寬度示作寬度W1。沿軸H在中心點C和中間點11之間的第二中間點12處測量出的孔隙62的寬度示作寬度W2。在從中心點C到中間點11的每點處測量處的孔隙62的平均寬度比孔隙62的最大寬度W0小很多。
在圖4～圖7的實施例中，孔隙62、63、67和74每個都關(guān)于上述每個軸對稱。另外，每個孔隙67、74的寬度都從側(cè)面中點M1、M2到每個孔隙端點E1、E2單調(diào)減小。但是應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)所述實施例，不對稱或者不具有單調(diào)減小的寬度的其他孔隙也可以提供改善的注入器的性能。例如，相信寬度相對平滑地改變以使相對尖銳的拐角被減小或消除的伸長的孔隙也可以改善離子注入器的性能。
在一個實施例中，形成在最后的開孔電極65中的孔隙67(例如，85×65)在長度L和寬度W上都比場電極61的孔隙63(例如，95×80mm)小，以增強將離子束中和裝置13從在場電極61處發(fā)源的電場屏蔽開。場電極和最后的開孔平板電極65之間孔隙寬度縮小的百分比比場電極和最后的開孔電極之間孔隙高度縮小的百分比大。在與美國專利No.5,932,882中所述的類似的方式中，隨著離子束穿過質(zhì)量分離狹縫，由于空間電荷效應(yīng)，離子束具有筆形截面幾何形狀，使得該離子束在側(cè)向比垂直方向上以更大的比率擴展。這些孔隙的寬度之間的較大縮小加強了沿離子束的寬度的側(cè)向上的聚焦力，以抵消在該方向上較高的擴展比率。最后的開孔平板電極65和場電極61的束孔隙配置增加了減速透鏡的聚焦能力，使得可以降低提供足夠的離子束聚焦所必需的場電極相對于第一和最后的開孔電極的電勢，從而降低僅由離子束在穿過場電極孔隙時獲得的比傳輸能量高的能量。這進而降低了由與駐留(residual)的氣體原子交換電荷而在該區(qū)域中產(chǎn)生的快速中性粒子的能量。
在本示例中，場電極61、平板電極65和預(yù)聚焦電極60的直徑分別為約250、200和225mm。這些電極每個都可以由石墨或其他合適的材料制成。
在所示實施例中，離子束發(fā)生器3包括離子源，離子源包括電弧室，電弧室在其前面形成有出口孔隙。提取電極組件20包括多個電極(例如，兩個或三個)，這多個電極與出口孔隙分隔開。提取電極組件20將離子從電弧室中提取并形成離子束。與電弧室的出口孔隙最接近的提取電極充當(dāng)抑制電極，防止離子束發(fā)生器前方的電子流入電弧室。
飛行管位于質(zhì)量分析磁體5的兩極之間，接收來自離子束發(fā)生器3的離子束。離子束的傳輸能量是飛行管和離子源之間的電勢差的函數(shù)。在該特定實施例中，分析磁體的磁場強度和通過該磁體的離子束的能量被挑選為具有合適質(zhì)量和電荷狀態(tài)的離子被偏轉(zhuǎn)約90度，以穿過離子選擇器7、電極組件9和等離子流發(fā)生器13，到達晶片。飛行管相應(yīng)地配置為使分析磁體的出口孔隙與磁體進入孔隙近似正交。
離子選擇器7包括一系列離散的元件，這些離散的元件沿離子束隔離開，并且限定了一系列孔隙，這些孔隙組合起來選擇具有正確質(zhì)量和電荷狀態(tài)的離子以注入到靶襯底中，同時拋棄穿過分析磁體5的其他在空間上分離出的離子。在該特定實施例中，離子選擇器7包括平板電極，該平板電極將從磁體出來的大多不想要的離子種類拋棄；一對一起限定一個可變寬度的質(zhì)量分離狹縫的元件，該質(zhì)量分離狹縫只通過選擇出的離子種類；以及其他元件，這些其他元件限定離子束的高度。但是，大量質(zhì)量分離元件和它們的配置可以不同。
離子選擇器組件被容納在一個室中，該室形成飛行管的一部分，并且設(shè)置在磁體和電極組件9之間。包括質(zhì)量分離室的飛行管提供這樣的裝置，通過該裝置，離子束從離子束發(fā)生器被傳輸?shù)诫姌O組件9。質(zhì)量分離室壁包括在束線方向上延伸的部分，該部分限定總體為圓筒狀的封筒；與該圓筒狀部分相鄰的橫向部分，該部分構(gòu)成與束線成橫向的平板孔隙，并且限定離子束可以通過的孔隙，該孔隙與離子選擇器7的最后元件相鄰。該橫向部分提供靜電屏蔽，用于將離子選擇器7從源自離子選擇器下游的電場屏蔽開。
在該特定實施例中，真空端口被形成在與方向磁體5接近的室壁上，該真空端口連接到真空泵，用于對該室抽真空，盡管在另一個實施例中可以省略該真空端口。屏蔽組件設(shè)置在質(zhì)量分離室的出口孔隙和電極組件9之間，以減少來自電極組件9的電場通過該出口孔隙穿透到質(zhì)量分離室。該屏蔽組件包括圓筒形電極和場限定屏蔽電極。屏蔽組件的開孔屏蔽電極位于減速透鏡60的第一元件的上游，以進一步將離子選擇器7從離子選擇器7的下游產(chǎn)生的電場屏蔽開，具體而言，在場電極61處產(chǎn)生電場。在該特定實施例中，其他屏蔽電極被安裝在減速透鏡的第一元件60的上游延伸的支座。
屏蔽組件的圓筒電極布置為與質(zhì)量分離室的出口孔隙共軸，并且一端布置為與質(zhì)量分離室壁相鄰并且連接到該質(zhì)量分離室壁的橫向部分(或者下游端)。屏蔽組件的圓筒電極向質(zhì)量分離室的下游延伸，并且可以具有形成在其下游端的向內(nèi)延伸的環(huán)狀凸緣，以提供額外的屏蔽，并且允許裝配減速電極60的第一電極。包含孔隙62的開孔屏蔽電極60被安裝在屏蔽圓筒的下游端。后者還圍住額外的屏蔽平板電極。在本實施例中，屏蔽組件圓筒、減速透鏡60的第一元件、屏蔽組件平板電極都電連接到飛行管。飛行管和靶室由絕緣體分隔，如同離子發(fā)生系統(tǒng)和飛行管一樣。
可以使用也可以不使用屏蔽組件的場限定屏蔽電極，該場限定平板電極包括在中心形成孔隙的圓環(huán)平板。該場限定平板電極被安裝在屏蔽組件圓筒電極內(nèi)并且由該圓筒電極支撐，并且位于該圓筒電極的兩端之間的大約中點處(盡管這可能會變化)，并且與離子束的軸成橫向。屏蔽組件電極的孔隙可以為橢圓形、矩形或者正方形，并且在一個實施例中，可以向外朝電極組件9稍稍逐漸變細。在本示例中，該孔隙為正方形，并且寬度約60mm。屏蔽組件圓筒電極和場限定平板電極每個都可以由石墨或其他合適的材料制成。
在本實施例中，等離子體噴射器13包括等離子體流系統(tǒng)，該系統(tǒng)在接近靶處將低能電子和離子引入到離子束中。等離子體流系統(tǒng)包括導(dǎo)管或約束管，離子束可以通過該導(dǎo)管或約束管從平板電極孔隙67傳遞到靶襯底12，并且導(dǎo)管或約束管既在離子束附近維持來自等離子體流系統(tǒng)的電子，還將離子束的在平板電極孔隙和晶片之間的部分從抑制(stay)電場屏蔽開。發(fā)生器13的開孔平板電極位于約束管的上游端，與減速組件9的開孔平板電極相鄰，以將該約束管的內(nèi)部進一步從來自場電極61的電場屏蔽開。
在本實施例中，離子注入器還包括用于偏置離子源的離子源電壓供應(yīng)、用于偏置抑制電極的抑制電極電壓供應(yīng)、用于偏置飛行管的飛行管電壓供應(yīng)175、質(zhì)量分離室、屏蔽組件和提取組件20的適當(dāng)?shù)碾姌O。場電極電壓供應(yīng)177偏置場電極61。預(yù)聚焦電極60形成減速透鏡組件9中的第一電極，該電極被供應(yīng)175維持在飛行管電勢處。在一個實施例中，場電極61被偏置到比電極60低的負電勢。
等離子體流電壓供應(yīng)偏置等離子體噴射器13的電子約束電極和開孔屏蔽平板電極。在本實施例中，減速透鏡的開孔平板電極65、靶襯底保持器11和襯底12被維持在地電勢，這幫助處理靶襯底，簡化靶支撐組件，并且充當(dāng)用于其他電極的方便的參考電勢。
現(xiàn)在將參考特定示例描述用于操作離子注入器來注入低能離子的方法，其中所述特定示例僅用于說明目的。離子注入能量由襯底12和離子源之間的電勢差確定。由于襯底被維持在地電勢，所以離子源電壓供應(yīng)相對于地電勢被正偏置與期望的離子注入能量相對應(yīng)的量。例如，對于2KeV注入，離子源電壓供應(yīng)被偏置為+2KV。離子束通過分析磁體5和質(zhì)量分離室的傳輸能量也被稱作離子束的提取能量，該能量由離子源和飛行管之間的電勢差確定，該電勢差由飛行管電壓供應(yīng)控制。因此，例如，要以10KeV將離子束傳輸過飛行管，則飛行管就要相對于離子源偏置在-10KV或者相對地偏置-8KV。離子束以基本恒定的能量被傳輸過分析磁體，并且離子束內(nèi)不同的離子種類被該磁體根據(jù)它們的質(zhì)量和電荷狀態(tài)在空間上分離開?？臻g上分離開的離子束然后傳遞到質(zhì)量分離室中，在該質(zhì)量分離室中，離子束首先穿過接近分析磁體5的離子選擇器7的平板電極限定的預(yù)定孔隙。該平板電極充當(dāng)用于在空間上分離后的離子束的粗略的第一級過濾器，并且阻擋在空間上分離后的離子類別中的在注入時不需要的部分。第二和第三元件與分析磁體5隔離開來，并且沿束線在軸上彼此移位，從而限定可變寬度的質(zhì)量分離狹縫，該質(zhì)量分離狹縫的位置可在與束線橫向的方向上變動，用于從過濾后的離子束選擇要被注入的離子種類。
作為示例，在利用BF3作為饋送材料的硼注入中，離開分析磁體的在空間上分離開的離子束可能包含BF2、BF、B和F離子，并且分子和硼離子將包含硼的任意同位素，10B和11B。因此，對于硼-11注入，預(yù)定元件135和質(zhì)量分離元件將濾除11B外的任何離子種類。
在離子束穿過質(zhì)量分離室時，該離子束的能量被維持為恒定，在本示例中為10KeV。該10KeV質(zhì)量分離后的離子束穿過質(zhì)量分離室的出口孔隙，然后穿過屏蔽組件，到達電極組件9。
電極61被偏置到比質(zhì)量分離室的電勢更大負值的電勢，因此比電極60亦為更大負值。施加到場電極61的電勢的大小足以在接地的平板電極65的最后孔隙67的區(qū)域內(nèi)建立靜電聚焦場。相對于平板電極65的電勢為-3kV到-30kV之間的電勢(盡管也可以使用該范圍外的電壓)，優(yōu)選-25kV的電勢足以在最后的透鏡孔隙67處建立所要求的聚焦場，以維持在最后的透鏡孔隙67和靶襯底之間的離子束內(nèi)的束離子。
在本示例中，在質(zhì)量分離后的離子束到達場電極61時，該離子束僅在10KeV的傳輸(提取)能量之上被加速，加速到基本上由離子源和場電極61之間的電勢差限定的能量。離子束穿過場電極孔隙63，然后在場電極孔隙63和最后的孔隙67之間的間隙中基本上減速到所要求的注入能量。此刻，在屏蔽組件開孔平板60和減速透鏡的平板電極65之間以及剛超出的區(qū)域中，凈聚焦力被施加到離子束。
離子束然后傳遞到最后的透鏡孔隙67和靶襯底之間的區(qū)域中。在該區(qū)域中，離子束基本上以所要求的注入能量被傳輸?shù)揭r底?，F(xiàn)在，通過利用等離子體流系統(tǒng)13，將低能電子涌入離子束，從而使低速離子束的擴展被最小化。等離子體流系統(tǒng)還使在離子注入期間對靶襯底表面帶電最小化。
真空端口形成在處理室的側(cè)壁上，并且耦合到真空泵，這允許對處理室抽真空。真空端口的開口相對較大，并且在靶襯底的區(qū)域中與束線平行延伸，以在注入期間對在靶附近的泵浦進行優(yōu)化。具體而言在場電極61和第二開孔平板電極60之間的減速透鏡組件直接位于處理室的真空排氣端口前面，以使得可以更有效地對該透鏡內(nèi)部抽真空，這有助于進一步使離子束中的快速中性粒子和高能污染物的產(chǎn)生最小化。
因此，圖3示出的減速透鏡組件被配置并構(gòu)造為允許透鏡內(nèi)的空間被有效地抽真空，以使殘留氣壓最小化，從而使中性粒子的產(chǎn)生最小化，其中所述中性粒子包括能量超過注入能量的那些。
在所示實施例中，離子束的寬度輪廓隨著該離子束從分析磁體5穿過減速透鏡到達靶襯底12沿束線改變。磁光學(xué)元件使離子束在由質(zhì)量分離元件限定的質(zhì)量分離狹縫處聚焦為窄焦點。隨著離子束穿過質(zhì)量分離狹縫、通過質(zhì)量分離室以及其他屏蔽電極的離子束孔隙，該離子束的寬度逐漸擴展。在離子束到達電極60的束孔隙62時，場電極61和開孔平板電極60之間的電場開始對該離子束施加力，該離子束被加速到傳輸能量之上。
離子束穿過場電極61進入場電極61和最后的開孔平板電極65之間的間隙后，該離子束被減速到期望的注入能量，并且這些電極之間的電場向該離子束施加聚焦力，來使該離子束的寬度變窄，以穿過最后的開孔平板電極65的束孔隙67。最后，離子束經(jīng)由屏蔽平板電極的束孔隙進入中和裝置13的電子約束管，最后到達靶。
再次參考圖2，減速透鏡組件9、等離子體流系統(tǒng)13和靶襯底支撐11都容納在處理室內(nèi)，處理室與質(zhì)量分離室相鄰，并且通過形成在質(zhì)量分離室的前端部分中的孔隙與該質(zhì)量分離室連通。質(zhì)量分離室前端側(cè)壁和開孔平板電極60之間的屏蔽圓筒將離子束從處理室中的抑制電場屏蔽開。質(zhì)量分離室壁與處理室壁電絕緣，這是利用形成處理室壁一部分的電絕緣構(gòu)件實現(xiàn)的。束線(飛行管)以類似的方式與離子源絕緣。
筒形凸緣可以設(shè)置為從最后的開孔平板電極65朝場電極61沿軸延伸。筒形凸緣和第一開孔平板電極65可以形成圍繞離子束和場電極61的屏蔽，以約束由場電極61和最后的開孔平板電極65之間的電勢差建立的電場，從而防止靶襯底12附近的帶電粒子向上游流動到場電極61，并且同時將離子束從在處理室中存在的任何抑制電場屏蔽開，抑制電場否則可能擾亂離子束中的電荷平衡，導(dǎo)致束電流損失。
場電極61位于凸緣內(nèi)部，以使凸緣圍繞場電極61的外周。在本實施例中，場電極61利用多個支座安裝在圓筒屏蔽凸緣中，并且由該圓筒凸緣支撐，這多個支座繞場電極61的外周放射狀布置。場電極和最后開孔平板電極組件利用多個支柱安裝在處理室側(cè)壁上。在本實施例中，圓筒屏蔽凸緣延伸超出場電極61的上游表面最小的距離。
在其他實施例中，開孔平板或電極以及聚焦或場電極可能具有適當(dāng)?shù)男螤詈团渲?，并且每個都可以包括一個或多個獨立的電極。例如，接地電極可能包括圓筒電極或環(huán)電極。在另一種實施例中，接地電極和等離子體流導(dǎo)管可以包括單個電極，并且電連接到一起。在另一個實施例中，接地電極可以被布置為可以被偏置為與靶襯底的電勢不同的電勢。
在另一個實施例中，聚焦或場電極可以包括飛行管的延伸，并且基本上處于飛行管電勢。在本實施例中，飛行管和第一開孔平板或降速電極之間的電勢差應(yīng)當(dāng)足以在降速區(qū)域中向離子束施加聚焦力。應(yīng)當(dāng)提供在降速電極上游并且在飛行管內(nèi)并且偏置在比飛行管的電勢低的電勢處的其他電極來防止電子流失到降速電極。
出于圖示和說明，前面描述了本發(fā)明的各個實施例。但是，不是要窮盡或者將本發(fā)明限制于所根據(jù)的精確形式。根據(jù)上述教導(dǎo)，可以作出許多修改和改變。本發(fā)明的范圍不應(yīng)由該詳細描述限制。
本申請是2003年10月17日提交的序列號為No.10/688,072，題為“Ion Implanter Electrodes”的專利申請的部分繼續(xù)申請，該申請被轉(zhuǎn)讓給本申請的受讓人。
權(quán)利要求
1.一種用于離子注入器的減速透鏡組件的電極，包括電極主體，其限定一個孔隙，所述孔隙具有周長、中心、以及穿過所述中心并且限定所述孔隙沿其的長度的軸，所述軸包括從所述孔隙的中心向所述孔隙的周長沿所述軸延伸第一軸線段，所述第一軸線段具有在所述孔隙長度的20～40％范圍內(nèi)的長度，其中在沿所述軸線段的點處測量出的所述孔隙的平均寬度比在所述孔隙的中心處測量出的所述孔隙的寬度小。
2.如權(quán)利要求1所述的電極，其中，在沿所述軸線段的點處測量出的所述孔隙的平均寬度處于在所述孔隙的中心處測量出的所述孔隙的寬度的50～98％范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的電極，其中，在沿所述軸線段的點處測量出的所述孔隙的寬度從所述孔隙的中心到所述軸線段的末端單調(diào)減小。
4.如權(quán)利要求1所述的電極，其中，所述孔隙是伸長的。
5.如權(quán)利要求1所述的電極，其中，所述孔隙是非圓形的。
6.如權(quán)利要求4所述的電極，其中，所述孔隙是橢圓形，并且所述電極是預(yù)聚焦電極和聚焦電極之一。
7.如權(quán)利要求1所述的電極，其中，所述孔隙具有最大寬度和最大長度，并且所述孔隙的最大寬度對所述孔隙的最大長度的比在0.2～1.5范圍內(nèi)。
8.如權(quán)利要求1所述的電極，其中，所述孔隙具有四個側(cè)面和四個拐角，其中每個拐角將兩個相鄰側(cè)面連接到一起，并且其中每個拐角形狀上是圓角。
9.如權(quán)利要求8所述的電極，其中，其中所述四個側(cè)面每個的長度都相等。
10.一種用于形成將材料注入到半導(dǎo)體中的離子束的方法，包括使離子束穿過減速透鏡組件電極的電極主體的孔隙，其中所述孔隙具有周長、中心和穿過所述中心并且限定所述孔隙沿其的長度的軸，所述軸包括從所述孔隙的中心向所述孔隙的周長沿所述軸延伸的第一軸線段，所述第一軸線段具有在所述孔隙長度的20～40％范圍內(nèi)的長度，其中在沿所述軸線段的點處測量出的所述孔隙的平均寬度比在所述孔隙的中心處測量出的所述孔隙的寬度小，以及施加電勢到所述主體來產(chǎn)生與所述孔隙相鄰的電場，以改變所述離子束中的至少一些離子的速度，其中所述電場具有作為所述孔隙的形狀的函數(shù)的屬性。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，在沿所述軸線段的點處測量出的所述孔隙的平均寬度處于在所述孔隙的中心處測量出的所述孔隙的寬度的50～98％范圍內(nèi)。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，在沿所述軸線段的點處測量出的所述孔隙的寬度從所述孔隙的中心到所述軸線段的末端單調(diào)減小。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述孔隙是伸長的。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述孔隙是非圓形的。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述孔隙是橢圓形。
16.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述孔隙具有最大寬度和最大長度，并且所述孔隙的最大寬度對所述孔隙的最大長度的比在0.2～1.5范圍內(nèi)。
17.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述孔隙具有四個側(cè)面和四個拐角，其中每個拐角將兩個相鄰側(cè)面連接到一起，并且其中每個拐角形狀上是圓角。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，其中所述四個側(cè)面每個的長度都相等。
19.一種用于將材料注入到半導(dǎo)體中的離子注入器，包括保持器，適于支撐至少一個半導(dǎo)體；離子束發(fā)生器，產(chǎn)生離子束；以及減速透鏡組件，適于控制所述離子束在注入到所述半導(dǎo)體前的能量，所述組件包括電極，所述電極具有限定孔隙的主體，所述孔隙具有周長、中心以及穿過所述中心并且限定所述孔隙沿其的長度的軸，所述軸包括從所述孔隙的中心向所述孔隙的周長沿所述軸延伸的第一軸線段，所述第一軸線段具有在所述孔隙長度的20～40％范圍內(nèi)的長度，其中在沿所述軸線段的點處測量出的所述孔隙的平均寬度比在所述孔隙的中心處測量出的所述孔隙的寬度小。
20.如權(quán)利要求19所述的離子注入器，其中，所述孔隙是伸長的，并且在沿所述軸線段的點處測量出的所述孔隙的平均寬度處于在所述孔隙的中心處測量出的所述孔隙的寬度的50～98％范圍內(nèi)，并且其中在沿所述軸線段的點處測量出的所述孔隙的寬度從所述孔隙的中心到所述軸線段的末端單調(diào)減小。
21.如權(quán)利要求20所述的離子注入器，其中，所述孔隙是橢圓形。
22.如權(quán)利要求20所述的離子注入器，其中，所述孔隙是非圓形的。
23.如權(quán)利要求19所述的離子注入器，其中，所述孔隙具有最大寬度和最大長度，并且所述孔隙的最大寬度對所述孔隙的最大長度的比在0.2～1.5范圍內(nèi)。
24.如權(quán)利要求19所述的離子注入器，還包括磁體，所述磁體設(shè)置為與所述離子束發(fā)生器相鄰，并且適于根據(jù)離子的質(zhì)量在空間上分離所述離子束；以及離子選擇器，設(shè)置為與所述分析磁體相鄰，并且適于從來自所述磁體的空間上分離后的離子束中選擇離子種類并拋棄其他離子。
25.一種用于離子注入器的減速透鏡組件的電極，包括電極主體，其限定橢圓形的孔隙，所述孔隙具有周長、中心以及穿過所述中心并且限定所述孔隙沿其的長度的軸，所述軸包括從所述孔隙的中心向所述孔隙的周長沿所述軸延伸的第一軸線段，所述第一軸線段具有在所述孔隙長度的20～40％范圍內(nèi)的長度，其中在沿所述軸線段的點處測量出的所述孔隙的平均寬度處于在所述孔隙的中心處測量出的所述孔隙的寬度的50～98％范圍內(nèi)，其中在沿所述軸線段的點處測量出的所述孔隙的寬度從所述孔隙的中心到所述軸線段的末端單調(diào)減小，并且其中所述孔隙具有最大寬度和最大長度，并且所述孔隙的最大寬度對所述孔隙的最大長度的比在0.2～1.5范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種離子注入器(1)，該離子注入器具有減速透鏡組件(9)，該減速透鏡組件包括多個電極(60、61、65)，其中減速電極中的一個或多個孔隙(62、63、67)以可以提高離子注入器性能的方式成形。在一個實施例中，電極孔隙(67)總體上為橢圓形，并且總體上符合穿過該孔隙的離子束(146)的形狀。在另一個方面中，軸線段(H)從孔隙中心(C)延伸孔隙長度的40％到在該線段的末端處的中間點(11)。在從中心到中間點的每個點處測量出的孔隙的平均寬度比該孔隙的最大寬度小很多。
文檔編號H01J37/317GK1868028SQ200480030406
公開日2006年11月22日 申請日期2004年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月17日
發(fā)明者理查德·大衛(wèi)·戈德堡, 大衛(wèi)·喬治·阿穆爾, 克里斯多佛·伯吉斯, 艾德里安·J·默雷爾 申請人:應(yīng)用材料公司