專利名稱：具有質(zhì)量分離的帶狀離子束的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及離子植入裝置，更特別地涉及包含質(zhì)量分離的帶狀離子束系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
離子植入是一種物理處理，相對于化學(xué)處理的擴散，其于半導(dǎo)體元件制造中使用以選擇性地將摻雜劑植入到半導(dǎo)體及/或晶片材料。因此，植入的動作不依賴于摻雜劑以及半導(dǎo)體材料之間的化學(xué)相互作用。對離子植入來說，摻雜劑原子/分子被離子化并且隔離，有時加速或是減速形成射束，并且掃過一晶片區(qū)。摻雜劑離子以物理方式轟擊晶片，進入表面并且在表面下部靜止。
離子植入系統(tǒng)是一復(fù)雜子系統(tǒng)的集合，每一個子系統(tǒng)對摻雜離子進行特定操作。氣體或是固體形式的摻雜劑成分放置于離子化室里并且以合適的離子化處理方式離子化。在一個范例處理中，離子化室保持在一個低壓(真空)下。燈絲位于離子化室內(nèi)并且加熱至電子從燈絲源上產(chǎn)生的點。帶負(fù)電的電子被吸引到離子化室內(nèi)帶著相反電荷的陽極。從燈絲到陽極的行進期間電子與摻雜劑源成分(例如，分子或是原子)相撞，并且從分子成分中產(chǎn)生許多帶正電的離子。
通常，除了所需的摻雜劑離子之外還產(chǎn)生其他正離子。所需的摻雜劑離子藉由一種處理方式從很多離子中選出，這種處理程序稱為分析、質(zhì)量分析、選擇或是離子分離。離子選擇利用質(zhì)量分析器完成，質(zhì)量分析器產(chǎn)生一個磁場，離子經(jīng)過它從離子化室開始行進。離子以相對高速離開離子化室并且被磁場彎成弧形?；⌒蔚陌霃接筛鲃e離子質(zhì)量、速度以及磁場的強度決定。一個分析器的出口一般允許主要種類的離子(所需的摻雜劑離子)離開質(zhì)量分析器。
稱為線性加速器的加速系統(tǒng)在一些情況中用來加速或是減速所需的摻雜劑離子到預(yù)先決定的動量(例如，摻雜劑離子的質(zhì)量乘以它的速度)以穿過晶片表面。以加速而言，該系統(tǒng)一般是一種線性設(shè)計，其具有環(huán)形供電電極以及沿著軸的成對四極透鏡。四極透鏡由負(fù)電位及正電位提供動力。當(dāng)摻雜劑離子進入其中時，他們透過供電電極提供其加速(為射束)并且選擇性地由四極透鏡調(diào)節(jié)焦距。接著，摻雜劑離子朝著在終端站的一個目標(biāo)晶片行進。
離子植入系統(tǒng)普遍地分類成鉛筆型以及帶狀射束型系統(tǒng)的兩個種類中的一個。鉛筆型離子植入系統(tǒng)使用鉛筆型離子束，其中相對狹窄的射束由離子源產(chǎn)生并且接受質(zhì)量分析、接續(xù)的射束調(diào)節(jié)以及到達(dá)工件之前的掃描。不過，極多的應(yīng)用希望得到相對高摻雜劑密度的淺植入，例如在半導(dǎo)體制造的淺源極/漏極區(qū)域。對于淺的深離子植入來說，高電流、低離子束能量是合乎需要的。在這種情況下因為帶電荷的離子的相互排斥，離子能量的降低將引起一些維持離子束收斂的困難。高電流的離子束通常包含高密度的相似電荷離子，其傾向于因相互排斥而發(fā)散。解決上述問題的一個方法是使用帶狀型離子束而不是鉛筆型射束。帶狀型射束的一個優(yōu)點是射束的橫截面積明顯地比鉛筆型射束大。例如，典型的鉛筆射束具有大約1-5厘米的直徑，而帶狀型射束具有大約1-5厘米的高度以及大約40厘米的寬度?；趯嵸|(zhì)較大的射束區(qū)域，給定的射束電流具有實質(zhì)較小的電流密度以及更低的射束導(dǎo)電系數(shù)。不過，使用帶狀型射束會碰到許多相關(guān)的獨特挑戰(zhàn)。
帶狀射束型系統(tǒng)使用一個產(chǎn)生狹縫射束的離子源。當(dāng)狹縫長度增加時，傳統(tǒng)狹縫射束的質(zhì)量分離會變得越來越有問題。沿著狹縫(或是帶狀)方向的磁場將磁體片之間跨出一個大磁隙。產(chǎn)生這樣的磁場(大約缺口的平方)所需要的電力通常是很大的。因此，一些帶狀射束型系統(tǒng)省略質(zhì)量分離器并且植入離子源所產(chǎn)生的所有種類。離子源因此指定給特別種類并且在限制條件下操作，該條件限制輸入材料，以移除不需要摻雜劑的產(chǎn)生。盡管如此，低于理想狀況的處理仍導(dǎo)致非所需的摻雜劑，而污染最終植入。
電磁體一般在質(zhì)量分析器中是如上述的方式使用。不過，在帶狀射束型系統(tǒng)中使用的電磁體質(zhì)量分析器需要相當(dāng)大的費用、體積以及復(fù)雜性。因此，在帶狀型離子植入系統(tǒng)使用電磁體進行質(zhì)量分析有時是不可行的。

發(fā)明內(nèi)容
以下說明提供了簡化內(nèi)容以提供本發(fā)明一個或多個觀點的基本理解。本內(nèi)容不是本發(fā)明的詳細(xì)描述，也不在于識別本發(fā)明的主要或是關(guān)鍵元件，也不在于說明其范圍。相反的，其主要目的是呈現(xiàn)本發(fā)明的一些簡化形式概念，作為稍后提出的更詳細(xì)描述的前言。
本發(fā)明使帶狀射束離子植入系統(tǒng)及其操作變得容易。本發(fā)明使用含有一對永久磁體的質(zhì)量分析器。這些磁體提供實質(zhì)均勻的磁場，其在一個需求的方向施加一特定的力到移動的帶電粒子，例如離子。將力施加于帶狀離子束中通過的粒子并且引起粒子的路徑依據(jù)他們各自的質(zhì)量以及能量而改變。因此，可以從射束中獲得選定的離子類型，該力是使被拒絕的非需求荷質(zhì)比的離子以及/或是污染物無法通過質(zhì)量分析器(例如，撞擊磁體本身以及/或是在分析器中具有的其他障壁)。另外，經(jīng)由抽取電極電位的改變，進入質(zhì)量分析器的離子能量可以改變，因此允許永久磁體用于不同的摻雜劑種類。由于有質(zhì)量分析器，可以使用產(chǎn)生多個種類(例如、硼、亞磷、砷、等等)的離子源，而不是使用只提供單個摻雜劑/種類的離子源。
為了完成上述及相關(guān)的目的，本發(fā)明包含在下文完全描述并且在權(quán)利要求書中特別指出的特征。以下說明以及附圖是詳細(xì)說明本發(fā)明的特定觀點以及實施例。但是，它們只是本發(fā)明原理所使用的各種方式中的一些。從以下本發(fā)明的詳細(xì)說明并配合附圖，將可清楚地了解本發(fā)明的其他目的、優(yōu)點以及新穎特征。


圖1是根據(jù)本發(fā)明觀點說明范例離子植入系統(tǒng)的框圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明觀點說明范例離子源的立體圖。
圖3是說明磁場對離子束的效應(yīng)的圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明觀點說明用質(zhì)量分析系統(tǒng)抽取帶狀射束的圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明觀點說明質(zhì)量分析器的圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明觀點說明質(zhì)量分析器的另一圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明觀點說明產(chǎn)生帶狀型離子束方法的流程圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明觀點說明設(shè)置帶狀型離子束系統(tǒng)以進行特定植入的方法的流程圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在以參考附圖的方式說明本發(fā)明，其中相似參考符號是用來表示所有相似的元件。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解到本發(fā)明不限于這些范例實施例以及在下面說明及描述的觀點。
本發(fā)明利用一個質(zhì)量分析器，包括一對永久磁體，以在帶狀型離子束內(nèi)從多個種類中選擇一個需求的離子種類(例如，給定能量下具有所需荷質(zhì)比的離子)。永久磁體提供一個實質(zhì)均勻的磁場，其在一個要求的方向施加特定的力到離子束上。施加在帶狀離子束的通過粒子的力造成粒子路徑根據(jù)他們各自的質(zhì)量而改變。因此，藉由該力，可以從射束中得到具有選定荷質(zhì)比的離子，該力使被拒絕種類/離子以及/或是污染物無法穿過質(zhì)量分析器(例如，透過撞擊磁體本身以及/或是在分析器中出現(xiàn)的其他障壁)。由于該質(zhì)量分析器，便可以使用產(chǎn)生多個種類(例如，硼、亞磷、砷等等)的離子源而非使用只是提供單個摻雜劑/種類的離子源。
相反地，不使用質(zhì)量分析器的傳統(tǒng)帶狀射束系統(tǒng)受到非所需摻雜的困難(通常需要對特定種類指定離子源)，使設(shè)備性能降低并且加諸基板過多的熱，極度地限制植入機的產(chǎn)能或是生產(chǎn)力。另外，傳統(tǒng)電磁體質(zhì)量分析器很難在一個小的空間內(nèi)提供比本發(fā)明的質(zhì)量分析器實質(zhì)更均勻的磁場，而且即使如此做將需要大量的電力。
首先參考圖1，根據(jù)本發(fā)明觀點的范例離子植入系統(tǒng)以一框圖說明。系統(tǒng)10包括離子源12，用以沿著射束路徑產(chǎn)生離子束14。離子束源12包括例如等離子體源16以及相關(guān)電源18。帶狀射束型系統(tǒng)的離子束源12不需要如其他傳統(tǒng)離子束源一樣指定特定的種類。因此，離子束源12能提供/產(chǎn)生許多可選種類的產(chǎn)生(例如硼、亞磷、砷、等等)。等離子體源16可以包括例如一個等離子體密閉室，在其中抽取離子束。抽取的射束包括帶狀型離子束，例如具有大約400毫米的寬度，以進行300毫米的半導(dǎo)體晶片植入。
射束組件11設(shè)于離子源12的下游，以由該處接收帶狀射束14。射束組件11包括質(zhì)量分析器22并且包括減速系統(tǒng)26以及偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)28。射束組件11沿著路徑放置以接收射束14。質(zhì)量分析器22包括一對永久磁體，其產(chǎn)生穿過射束路徑的均勻磁場，以致于根據(jù)各別離子荷質(zhì)比在不同軌道將離子偏轉(zhuǎn)離開離子束14。穿過磁場的離子受到一個力，該力導(dǎo)引所需質(zhì)量的各別離子沿著射束路徑行進并且使非所需質(zhì)量的離子從射束路徑偏轉(zhuǎn)開來。
射束11可以更進一步包括減速/加速模塊26，其可控制以及可選擇地操作來改變與帶狀射束相關(guān)的能量。例如，在中等能量時，可能需要帶狀射束的能量沒有實質(zhì)的改變，并且模塊允許帶狀射束通過而沒有產(chǎn)生實質(zhì)改變。替代地，在低能量應(yīng)用中(例如在半導(dǎo)體里淺層接合的形成)，帶狀射束的能量可能需要被減速。在這種情形下，減速模塊26是可操作以減速方式減低射束的能量到一要求的能量水平。
射束可以更進一步包括偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)28，例如在植入至工件內(nèi)之前用于實施減速的低能量系統(tǒng)中。偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)28包括例如偏轉(zhuǎn)電極以偏轉(zhuǎn)離子束離開射束軸，以因此從帶狀射束中除去中性粒子(因為他們無法在偏轉(zhuǎn)場下偏轉(zhuǎn))，否則會成為能量污染物。
終端站30也設(shè)于系統(tǒng)10中，以接受經(jīng)過質(zhì)量分析的、從射束組件11來的實質(zhì)凈化的離子束14。終端站30沿著射束路徑(但是，因為偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)28而離開原射束軸)支撐一個或多個工件，例如半導(dǎo)體晶片(未顯示)。這種終端站會使用批量系統(tǒng)，其中多件工件系旋轉(zhuǎn)通過帶狀射束，或是使用單一工件終端站，其中單個工件被掃描通過帶狀射束或是帶狀射束被掃描跨過工件。
現(xiàn)在參考圖2，范例離子源200以簡化形式表示，其是根據(jù)本發(fā)明觀點而使用。應(yīng)理解到，為了簡潔的緣故，特定細(xì)節(jié)例如電源以及控制系統(tǒng)不被顯示。另外，也理解到可以根據(jù)本發(fā)明使用其他產(chǎn)生帶狀射束的合適離子源。離子源200提供具有長度282以及寬度284以及大的高寬比的拉長帶狀射束280。藉由控制裝置的8個磁體對50a、50b，本范例的射束280是分成8部份或是8薄片，因此射束280的密度輪廓可以因特定應(yīng)用而修改。在一實施例中，射束長度282大約是400毫米，以利于300毫米晶片目標(biāo)或是平板顯示器的單一掃描植入。不過，可以產(chǎn)生任何合適的需求射束長度282。甚且，可利用源外殼204中的出口開口的合適尺寸以及抽取電極226的狹縫230來產(chǎn)生任何適合的所需的射束寬度284。甚至，抽取電極226可以以適當(dāng)方式實現(xiàn)，其具有5個這種電極226之外的電極，并且圖示的電極226不一定按比例描繪。
如將更詳細(xì)討論者，抽取電極可以配合控制電路一起使用，該電路根據(jù)所需使用的摻雜劑種類在不同電位偏壓。例如，如果需要植入P型摻雜劑，可以使用一種含硼的來源氣體并且以預(yù)先決定的電位組合設(shè)置抽取電極，由控制電路施加此電位，使得被抽取的硼離子能量在預(yù)先決定的水平，以進行適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量分析。類似地，如果需要植入N型摻雜劑，可以使用一種含砷的來源氣體。其中，控制電路在不同電壓中設(shè)置抽取電極，因而最終抽取射束能量是在不同的預(yù)定水平進行適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量分析。如將更進一步理解，既然質(zhì)量分析器使用永久磁體，其中磁場強度實質(zhì)上為固定，透過抽取電極來改變進入質(zhì)量分析器的射束能量，可調(diào)整質(zhì)量分析系統(tǒng)而用于不同類型的摻雜劑。
通常，離子源200包括與來源室204同軸的導(dǎo)電元件206。提供到元件206的RF能量產(chǎn)生電場以激勵其中的帶電粒子。加速的帶電粒子與引入該室的來源氣體原子相撞，造成其離子化并且在其中形成等離子體。離子然后經(jīng)由抽取電極226從室204中抽取。
圖3是說明磁場對給定速度行進的帶電離子/摻雜劑射束的效應(yīng)的圖解。通常，磁場根據(jù)洛倫茨力方程式F＝q(v×B)來偏轉(zhuǎn)射束里的離子，其中電荷在磁場存在的地區(qū)在一個以速度向量v表示的方向以一速度移動，該磁場朝向由向量B表示，力的方向由力向量F的方向表示。更特別的是如在圖3說明的，如果在射束中的離子320帶正電并且以速度V在Z方向移動，而且一個磁場的方向是垂直于行進方向的X方向，則施加在離子的力在負(fù)Y方向，或是在這個范例里如顯示的在向下的方向。
既然本發(fā)明用于質(zhì)量分析器的磁場用來偏轉(zhuǎn)射束里的離子，通過射束磁場應(yīng)盡可能地均勻，特別是當(dāng)使用帶狀或是似帶狀射束時，穿過整個射束寬度時盡可能地均勻。在一范例應(yīng)用中，其中帶狀射束掃描穿過300毫米的半導(dǎo)體晶片，帶狀射束是比300毫米寬，因此在一個實質(zhì)大于帶狀寬度的距離內(nèi)，磁場須是均勻的，使帶狀射束邊緣的形變減到最小。通常，因為這種磁體的成本、復(fù)雜度、體積、功率等等，很難使用在這一段距離上產(chǎn)生合適的均勻磁場的電磁體。因此，本發(fā)明使用永久磁體以產(chǎn)生合適的均勻磁場。
現(xiàn)在參考圖4，其說明了根據(jù)本發(fā)明觀點以質(zhì)量分析系統(tǒng)400抽取帶狀射束的圖解。系統(tǒng)400使用永久磁體，其提供在射束路徑內(nèi)的合適均勻磁場，在給定的能量下從離子束中選擇具有預(yù)定荷質(zhì)比的所需離子。
離子源(未顯示)使用例如等離子體源以及電源以產(chǎn)生許多種類的離子。種類可包括，例如正硼離子(B+)以及正氟化物離子(F+)、正亞磷的離子(P+)以及正氫離子(H+)等等。離子源包括任何合適的輸入氣體，其可以產(chǎn)生選定的種類，種類包括但不限于砷酸鹽(AS5)、三氟化硼(BF3)、五氯化氟(PF5)、二硼烷(B2H6)、磷化氫(PH3)、砷化氫(AsH3)等等。傳統(tǒng)的帶狀型離子植入因為他們?nèi)狈Ρ景l(fā)明的質(zhì)量分析器，通常局限于含氫的氣體例如二硼烷(B2H6)、磷化氫(PH3)、砷化氫(AsH3)。來源氣體以及電源的選擇至少部分地決定了由離子源產(chǎn)生的種類。一個三極管抽取系統(tǒng)401從離子源中抽取選定的種類并且使其朝著質(zhì)量分析器412加速成為離子束410。離子束410是具有相對大寬度的帶狀型射束。離子束410的一個范例寬度大約是400毫米(足夠在單通道中覆蓋一晶片)。抽取離子的能量因?qū)嵤├勺兓?，不過通常是相對低的(例如500keV)?？梢岳斫獾奖景l(fā)明包括其他離子/摻雜劑以及/或是其他能量值。
然后質(zhì)量分析器412作用于離子束410以除去拒絕的種類406，同時保持所需/選擇的種類408在離子束410內(nèi)。另外，質(zhì)量分析器可以從射束除去不需要的其他污染物，例如氫。這種污染物的排除可以產(chǎn)生實質(zhì)上或顯著的能量節(jié)省。例如，一個傳統(tǒng)的帶狀射束型離子系統(tǒng)可以含有高達(dá)百分之90的氫，因此浪費相當(dāng)多的功率。此處的用語“非所需的摻雜劑/種類”的意思在于包含給定能量下非所需荷質(zhì)比或是非所需種類的離子，例如用于初始來源氣體的氫或是其他成分。另外，雖然在此所需的種類指的是具有所需荷質(zhì)比的離子，應(yīng)該理解到這個比率假設(shè)一個給定的離子能量。換句話說，質(zhì)量分析器412選擇讓具有預(yù)定質(zhì)量能量乘積的離子從其中通過。
質(zhì)量分析器412包括第一永久磁體402以及第二永久磁體403，其彼此相對且沿著期望的離子束410路徑配置。磁體402以及403朝著離子束410短尺寸的方向，以提供所需的實質(zhì)均勻的磁場414越過離子束410最寬的部分，其選擇性地除去被拒絕的種類406以及來自離子束410的污染物。離子束410通過的通道磁場長度405是相對短的(例如，大約5厘米)并且也被稱為漂流區(qū)域。磁場的大小是永久磁體402以及403的尺寸以及組成物的函數(shù)。永久磁體與電磁體相反，永久磁體通常提供一個實質(zhì)均勻的磁場。另外，磁場414的方向以及定向是磁體402以及403的定位以及方向的函數(shù)。在此，圖中的磁場414為進入頁面。圖中的磁體402以及403的形狀為矩形，但可以是并且經(jīng)常是彎曲的，以便提供彎曲的離子束路徑。
與電磁體質(zhì)量分析器不同，永久磁體產(chǎn)生的磁場不能變化。一個抽取控制系統(tǒng)416控制三極管抽取系統(tǒng)401并且允許不同離子的選擇，其是以調(diào)整離子離開離子源以及進入質(zhì)量分析器412的能量或是速度的方式選擇。使用控制系統(tǒng)416以調(diào)整在三極管抽取系統(tǒng)401內(nèi)的電極(例如，改變施加到一個或多個與之關(guān)聯(lián)的電極的電壓)，以達(dá)到合適的離子能量。
在質(zhì)量分析器412處理之后，離子束410行進穿過后加速電極404。電極404加速或是減速留在離子束410中的離子/摻雜劑到一個所需的/選擇的能量水平。將個別的電極偏壓到選定的電壓，以便以切線方式施加一個越過離子束路徑的電場。場的極性以及在離子束內(nèi)的離子極性決定是否進行加速或是減速。之后，離子束410導(dǎo)向/偏轉(zhuǎn)到終端站中的一個或多個晶片，進而可用所需的種類408以及能量進行所需的離子植入。離子的能量可以隨實施例變化，不過硼的典型能量值大約是1到10keV以及砷的典型能量值大約是1.5keV。
可以理解，根據(jù)本發(fā)明可以預(yù)期部件的適當(dāng)變化，只要質(zhì)量分析器使用永久磁體來選擇一個或多個種類并且除去非所需的種類以及來自離子束的污染物。例如，三極管抽取系統(tǒng)401可以配置成離子源的一部分。作為另一個范例，質(zhì)量分析器412可以與三極管抽取系統(tǒng)401結(jié)合。
參考圖5，根據(jù)本發(fā)明的觀點了提供一個如圖4的質(zhì)量分析器412。該圖表示離子束410在第一永久磁體402以及第二永久磁體403之間行進。在離子束410內(nèi)的粒子(由于他們的能量)以速度v朝著表示的方向(向頁外)行進。永久磁體402以及403是根據(jù)磁極而配置的，以提供朝著表示方向(右邊)的實質(zhì)均勻磁場B。如在前討論的，根據(jù)洛倫茨力方程式F＝q(v×B)以磁場使射束中的離子偏轉(zhuǎn)，其中在以磁場向量B表示的磁場中在由速度向量v表示的方向上以速度移動的電荷是具有由力向量F所表示的方向的值。假設(shè)粒子(摻雜劑/離子)是帶正電的，結(jié)果施加在粒子的力F在如表示的向下方向。力F的大小取決于磁場B的強度。
圖6是質(zhì)量分析器的另一視圖，其表示根據(jù)本發(fā)明觀點離子束410行進的彎曲路徑。如圖所示，磁體402以及403示出為具有輕微的曲率。該曲率是用以補償當(dāng)行進穿越磁場B并受到力F時的離子束410彎曲。具有選擇的/所需的質(zhì)量(或是質(zhì)量能量乘積)的離子/粒子，行進穿越質(zhì)量分析器412而不撞擊兩塊磁體中的任一塊。選定的種類中具有更大質(zhì)量(或是質(zhì)量能量乘積)的粒子/離子傾向于撞擊第一永久磁體402，而具有較少質(zhì)量(或是質(zhì)量能量乘積)的粒子傾向于撞擊第二永久磁體403，藉此除去不需要的種類以及/或者污染物。
基于以上以及以下的上述架構(gòu)以及功能特征，根據(jù)本發(fā)明的各種觀點的方法來參考圖1-6將更容易理解。然而，為了簡潔地解釋，圖7-8的方法是以依序執(zhí)行的方式予以表示，但可以了解并且理解本發(fā)明不限于所說明的順序，因為根據(jù)本發(fā)明一些觀點可以在不同順序以及/或是同時以在此說明的其他觀點進行。而且，并非所有說明的特征都必須用以實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的觀點的方法。
圖7是根據(jù)本發(fā)明觀點展示產(chǎn)生帶狀型離子束的方法700的流程圖。方法700可操作用以對給定能量選擇預(yù)先決定荷質(zhì)比的離子，以產(chǎn)生帶狀型離子束。
方法700于塊702開始，其中離子束包括多種從選定輸入來源氣體以及電源所產(chǎn)生的種類。離子源包括多個種類以及/或是污染物。在塊704，從離子源中產(chǎn)生/抽提出帶狀離子束。使用一個抽取系統(tǒng)，例如以三極管抽取系統(tǒng)抽取離子并且以帶狀形成離子束(例如，其中寬尺寸實質(zhì)上長于短尺寸)。另外，形成離子束，使得在其中的粒子幾乎彼此平行。
在塊706，透過一個永久磁體質(zhì)量分析器，將拒絕的種類以及/或是污染物從離子束中除去，留下選擇的/所需的種類。實際上，質(zhì)量分析器可以是抽取系統(tǒng)的一部分。質(zhì)量分析器包括一對永久磁體，彼此相對地放置并且配置成可以提供具有選定大小以及方向的實質(zhì)均勻的磁場，該磁場跨越帶狀離子束的路徑。當(dāng)在離子束內(nèi)的粒子穿過磁體之間并且穿過磁場時，磁場產(chǎn)生施加在粒子上的力。以給定能量而言(符合選定的種類)，荷質(zhì)比選定范圍以外的粒子傾向于從離子束路徑發(fā)散并且撞擊磁體的其中一個或是其他障壁。結(jié)果，在選定范圍內(nèi)的質(zhì)量的選定種類實質(zhì)上沿著離子束路徑行進并且穿過質(zhì)量分析器。
在塊708，透過一個加速度系統(tǒng)，離子束被加速或是減速到所需的或是選定的能量。系統(tǒng)包括偏壓到選定電壓的一些電極，以產(chǎn)生電場來加速或是減速離子束內(nèi)的粒子。接著，在塊710，離子束受偏轉(zhuǎn)朝向終端站的一個目標(biāo)晶片。使用如在前描述的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)來適當(dāng)?shù)貙?dǎo)引離子束。然后使用離子束以在一個或多個晶片上進行離子植入。一般而言，所產(chǎn)生的離子束具有一個寬度以及高寬比，以允許在單一通過中進行所需的植入。例如，對于300毫米直徑的晶片，離子束的寬度可以大于300毫米。
圖8表示根據(jù)本發(fā)明觀點形成帶狀型射束的離子植入系統(tǒng)用于進行特定植入的方法800。方法800用來說明基于本發(fā)明的質(zhì)量分析器的永久磁體，其與不使用此種質(zhì)量分析器的傳統(tǒng)系統(tǒng)比較，可以允許源材料上更大的選擇。
方法800在塊802開始，其中對一個離子植入過程選定植入的種類/摻雜劑、能量以及角度。另外，要產(chǎn)生的帶狀射束的選定寬度以及深寬比也被選定或是決定。在塊804，選定一個輸入氣體，其至少提供選定的摻雜劑以及一個或多個其他種類。在805，與離子源相關(guān)的抽取電極是根據(jù)所需的種類/摻雜劑來配置的。例如，如果所需的摻雜劑是P型摻雜劑(例如硼)，使用該信息以便以一組預(yù)先決定的電位來偏置抽取電極，使得抽出的離子具有進入質(zhì)量分析器的一個預(yù)先決定能量。
在塊806，使用上述的永久磁體的質(zhì)量分析器被配置，以產(chǎn)生一個選定的磁場，并且施加一選定的力量穿過離子束。另外，可以旋轉(zhuǎn)質(zhì)量分析器以及/或是改變其位置，使得選定的摻雜劑/種類可以通過質(zhì)量分析器。既然質(zhì)量分析器具有實質(zhì)固定的磁場，入射離子的能量決定系統(tǒng)的調(diào)整，因為系統(tǒng)的質(zhì)量能量乘積是固定的。接下來，在塊808，加速系統(tǒng)的電極被偏置到一些電壓，以提供離子束內(nèi)粒子適當(dāng)?shù)募铀偌皽p速量，以得到植入所需要的能量。最后，在塊810實質(zhì)上以選定的能量、植入角度以及選定的摻雜劑進行離子的植入。
值得注意的是，永久磁體在間隙中產(chǎn)生固定均勻的磁場，因此與電磁類型質(zhì)量分析器不同，并不是透過磁場強度的改變而調(diào)整分析器，以選擇不同的種類或是離子。相反的，因為系統(tǒng)的質(zhì)量能量乘積是常數(shù)，為了得到所需質(zhì)量的離子，從離子源中抽提離子的能量會受改變，以實現(xiàn)質(zhì)量分析系統(tǒng)的調(diào)整。
雖然本發(fā)明已經(jīng)針對一個或多個實施例加以說明并且描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀以及理解說明書以及附圖之后，將會了解到可有等效的改變以及修改。特別針對以上說明的元件(組件、設(shè)備、電路、系統(tǒng)等等)所進行的各種功能，用來說明這些元件的用語(包括提到的“裝置”)是對應(yīng)于執(zhí)行上述元件特定功能的元件(例如，在功能上是等效的)任何元件(除非另外表示)，即使這些元件并非在結(jié)構(gòu)上鄧小于執(zhí)行本發(fā)明實施例功能所揭示的結(jié)構(gòu)。另外，雖然可能已經(jīng)針對幾個實施例中的僅僅一個實施例揭示本發(fā)明特別的一個特征，然而該特征可以與其它實施例的一個或多個其他特征結(jié)合，只要對任何給定或是特定的應(yīng)用是需要并且有利的。此外，用語“包含”、“具有”、“具備”或是其他的變化是用于詳細(xì)說明以及權(quán)利要求書中，這些用語是包括在內(nèi)的，與用語“包括”相似。
權(quán)利要求
1.一種帶狀射束離子植入系統(tǒng)，包括離子源，可操作用于從一源材料產(chǎn)生多個離子種類；抽取系統(tǒng)，設(shè)置成從該離子源中抽取該離子種類并且產(chǎn)生帶狀離子束；以及質(zhì)量分析器，其包括第一永久磁體以及第二永久磁體，產(chǎn)生穿過該帶狀離子束射束路徑的實質(zhì)均勻的磁場，以從初始存在于該帶狀離子束中的多個種類中選擇一個種類。
2.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，進一步包括沿著該射束路徑對準(zhǔn)的加速系統(tǒng)，其在該質(zhì)量分析器之后作用于離子束并且將該離子束加速或是減速到預(yù)先決定的植入能量水平。
3.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該抽取系統(tǒng)是三極管抽取系統(tǒng)，可操作以產(chǎn)生收斂的射束。
4.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中由該抽取系統(tǒng)抽取的離子束處于相對較低的能量。
5.如權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其中該相對較低的能量大約是500eV。
6.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該質(zhì)量分析器產(chǎn)生的磁場具有大約5厘米的長度，該離子束在該長度中行進。
7.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該磁場的方向是沿著該帶狀離子束的短尺寸方向。
8.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該磁場是相對較高的并且具有迅速衰減的邊緣。
9.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該多個種類包含B+、F+、BF1+以及BF2+，并且選定的種類是B+或是BF2+。
10.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該多個種類包括P+以及H+，并且選定的種類是P+。
11.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該源材料包括三氟化硼(BF3)。
12.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該源材料包括五氟化磷(PF5)。
13.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該源材料包括砷酸鹽(As5)。
14.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該離子束具有大約300毫米的寬度。
15.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，進一步包括一個終端站，其具有一晶片，其中可操作該離子束，以在單一通過中在該晶片上植入該選定的種類。
16.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該抽取系統(tǒng)包括控制電路，可操作以接收一個或多個輸入，該輸入表示所需的離子種類，并且根據(jù)該一個或多個輸入來輸出用于與該抽取系統(tǒng)相關(guān)的電極的一組預(yù)先決定的電壓。
17.如權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其中該組預(yù)先決定的電壓決定進入該質(zhì)量分析器的帶狀離子束的抽取能量。
18.一種質(zhì)量分析器系統(tǒng)，其從帶狀離子束中選擇以及除去種類，該質(zhì)量分析器系統(tǒng)包括位于帶狀射束路徑上面的第一永久磁體；位于該帶狀射束路徑下面的第二永久磁體，其中確定該第一永久磁體以及該第二永久磁體的方向，使得偏轉(zhuǎn)通過的帶狀離子束越過其短尺寸方向；以及與帶狀離子源相關(guān)的抽取系統(tǒng)，其可操作以在多種不同的能量下從其中抽取帶狀離子束，其中該抽取的帶狀離子束的能量是所需摻雜劑種類的函數(shù)。
19.如權(quán)利要求18的質(zhì)量分析器系統(tǒng)，其中該第一永久磁體以及該第二永久磁體有輕微的彎曲以配合該帶狀射束路徑。
20.如權(quán)利要求19的質(zhì)量分析器系統(tǒng)，其中該抽取系統(tǒng)包括控制電路，其可操作以接收一個或多個輸入，該輸入表示所需離子的種類，并且根據(jù)該一個或多個輸入來輸出用于與該抽取系統(tǒng)相關(guān)的抽取電極的一組預(yù)先決定的電壓。
21.一種產(chǎn)生帶狀型離子束的方法，包括從離子源產(chǎn)生多個離子種類；抽取該多個離子種類以形成具有短尺寸以及寬尺寸的帶狀離子束，其中該寬尺寸實質(zhì)上比該短尺寸要大；以及經(jīng)由基于永久磁體的質(zhì)量分析器，選擇一個種類并且拒絕該離子束中多個種類中的其他種類。
22.如權(quán)利要求21的方法，進一步包括在選擇種類之后，將離子加速/減速到所需的能量水平。
23.如權(quán)利要求21的方法，進一步包括導(dǎo)引該離子束朝向位于終端站的目標(biāo)晶片。
24.如權(quán)利要求23的方法，進一步包括在單一通過中以該離子束在該目標(biāo)晶片上進行植入，其中該目標(biāo)晶片直徑大約為300毫米，并且該離子束的寬尺寸大于約300毫米。
25.如權(quán)利要求21的方法，其中藉由經(jīng)過永久磁體施加一個磁場來選擇該種類，該磁場偏轉(zhuǎn)該離子束跨過其短尺寸。
26.如權(quán)利要求21的方法，其中抽取多個離子種類包括識別該選定的種類；以及以一組預(yù)先決定的電壓來設(shè)置抽取電極，使得該抽取的帶狀離子束具有一能量，該能量為該識別的選定種類的函數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明使用一個質(zhì)量分析器，包括一對永久磁體，以從帶狀型離子束中的多個種類選擇所需的種類。這些永久磁體在一個小區(qū)域中提供一適當(dāng)大小的實質(zhì)均勻的磁場，其無法利用在一所需方向施加一特定力的電磁體而獲得。施加力到帶狀離子束的通過粒子，并且使粒子的路徑根據(jù)他們各自的質(zhì)量而改變。因此，選擇的種類可以從射束藉由該力而獲得，這個力使被拒絕的種類以及/或是污染物無法通過質(zhì)量分析器(例如，撞擊磁體本身以及/或是在分析器內(nèi)的其它障壁)。由于質(zhì)量分析器，可以使用產(chǎn)生多個種類的摻雜劑/種類源，而不是使用僅僅提供單一摻雜劑/種類的來源。
文檔編號H01J37/317GK1886817SQ200480034791
公開日2006年12月27日 申請日期2004年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月24日
發(fā)明者V·班威尼斯特 申請人:艾克塞利斯技術(shù)公司