專利名稱：用于離子注入器的新型且改進的束線架構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總的涉及離子注入系統(tǒng)，尤其涉及控制離子注入器中的離子束。
背景技術：
離子注入系統(tǒng)是用來在集成電路制造中用雜質來摻雜半導體襯底的 機構。在這樣的系統(tǒng)中，摻雜材料被離子化并且從其中產生離子束。該 離子束系被引導至半導體晶片或工件的表面，以便將離子注入該晶片之 中。所述束中的離子穿透晶片的表面并且會在其中形成具有所需要的導 電性的區(qū)域，例如在晶體管制造中。典型離子注入器包含用以產生該 離子束的離子源；包含質量分析設備的束線組件，用以引導和/或過濾(例 如質量分辨)所述束內的離子；以及包括要被處理的一個或多個晶片或工 件的目標室。
分批注入器包含旋轉盤支撐架，用以移動多個半導體晶片通過離子 束。當支撐架旋轉晶片通過離子束時，離子束撞擊晶片表面。連續(xù)注入 器一次處理一個晶片。晶片被保持在盒子之中，每次取出一個并被放置 在支撐架上。之后，晶片在注入方向上取向，使得離子束撞擊單個晶 片。該些連續(xù)注入器使用束成形，其能讓束偏離其初始軌道，并且通常 會配合協(xié)同的晶片支撐架運動使用來選擇性地摻雜或處理整個晶片表 面。
離子注入器的優(yōu)點在于它們同時允許關于摻雜物在工件內的量及放 置的精度。特別地，離子注入器允許對于特定的應用改變被注入的離子 的劑量與能量。離子劑量控制被注入的離子的濃度，其中，高電流注入 器通常會用于高劑量注入，而中電流注入器則會用于較低劑量應用。離 子能量用于控制半導體裝置中的結的深度，例如，能量決定離子注入到 工件內的深度。應該理解，考慮到電子工業(yè)縮小電子器件的尺寸以產生更小且更強 大裝置(例如，蜂巢式電話、數(shù)字相機等)的趨勢，該些裝置中所使用的半 導體與集成電路(例如晶體管等)的尺寸也會持續(xù)地縮小。將更多這樣的器
件"封裝(pack)"在單個半導體襯底或其一部分(稱為小片(die))之上的能
力也提高了制造效率與產量。應該明白的是，在成功地提高封裝密度方 面，控制離子注入起到重要的作用。例如，對低能量、高電流束的注入 能量的控制可允許實施較淺深度的注入，以便產生較薄的器件并且提高 封裝密度。另外，在離子束相對于工件的機械表面和/或晶格結構的定向 (例如，角度)方面可能會有較小的誤差極限。因此，需要促使對離子注入 進行更多控制的機構與技術。

發(fā)明內容
下文將簡略地概述本發(fā)明，以便提供對本發(fā)明的一些方面的基本了 解。這種概括并不是本發(fā)明的全面的評述。其本意既非確定本發(fā)明的要 件或重要元件，也不是限定本發(fā)明的范圍。更確切地說，其主要的目的 僅在于以簡化的形式來提出本發(fā)明的一個或多個方面以作為之后更加詳 細說明的序言。
一種含有兩個雙極磁鐵的平行化部件彎曲橫越其中的被掃描離子
束，使得離子束的軌跡具有大致"s"形狀。這種s彎曲用來幫助在晶片
上有均勻且精確的注入性能，例如注入角度，同時幫助過濾束的中性雜 質。此外，朝向注入系統(tǒng)的末端還包含減速級，使得束的能量可在整個 束線中均保持非常高，以減輕束擴散。這種減速級還有助于從束中過濾 出中性及有能量的雜質。
為達前述和相關的目的，下文說明及隨附的附圖會詳細闡明本發(fā)明 的特定示例性方面及實施方式。雖然這些表示了各種實施方式中的一 些，但在各種實施方式中，可采用本發(fā)明的一個或多個方面。當結合隨 附的附圖考慮本發(fā)明時，本發(fā)明的其它方面、優(yōu)點、新穎的特征將會在 隨后的本發(fā)明的詳細描述中變得清楚。


圖1是晶格結構的一部分的一個例子的透視圖，其中，離子束基本 上平行于晶格結構的平面被引導至所述晶格結構。
圖2是所圖1所顯示的晶格結構的一部分的一個例子的透視圖，其 中，離子束系以基本上不平行于晶格結構的平面被引導至晶格結構。
圖3是在其上具有已形成的特征的半導體襯底的一部分的橫截面視 圖，以變化的距離分隔所述特征并且因此在離子注入期間經歷不同程度 的遮蔽效應。
圖4是顯示示例性的離子注入系統(tǒng)的方塊圖，其中，離子束被彎曲 以具有大致"S"的形狀且其中所述束是如本文所述的靠近工件處被減 速。
圖5是顯示如本文所描述的穿過平行化器的離子束的彎曲程度的示意圖。
圖6是顯示如本文所描述的在平行化器中選擇性地包含勾形磁鐵 (cusping magnet)的示意圖。
圖7是如本文所描述的示例性的減速部件的示意圖。 圖8是如本文所描述的用于控制離子束的示例性方法。
具體實施例方式
參考附圖對本發(fā)明的一個或多個方面進行說明，其中，通常在全文 中使用相同湘似的附圖標記表示相同湘似的元件，且其中，圖中所示的 各種結構并不必要地依照比例來繪制。在下文的描述中，為起到說明的 目的，對很多特定細節(jié)進行了說明，以便對本發(fā)明的一個或多個方面提 供詳細的了解。然而，對本領域技術人來說，很顯然本發(fā)明的一個或多 個方面可以在較少程度地具有這些特定細節(jié)的情況下實施。在其他的情 形中，為了便于描述本發(fā)明的一個或多個方面，在方塊圖中顯示了公知 的結構和裝置。
如上所述，在半導體制造加工中，利用帶電粒子或離子來注入半導 體晶片或工件。被注入的材料被稱為摻雜物，因為它們會"摻雜"或改 變它們被注入其中的基層或其它層的電特性，使得這些層具有所需要且 可預期的電行為。 -
7應該理解的是，對控制通道效應及遮蔽效應來說，控制離子束的角 度內容(范圍)是非常重要的，例如，其中襯底中的有效注入深度是通
道效應的函數(shù)。離子束104遭遇襯底中很少晶格結構100甚至未遭遇到 襯底中任何晶格結構100(例如，因為束平行于晶格結構100的平面110— 在所顯示的例子中，在晶格結構100中定義了 27個立方單元102)時，產 生通道效應，如圖1所示。另一方面，圖2顯示了這樣的情形離子束 104遭遇到一些晶格結構100并且會被偏離108及降低速度，從而使得離 子被注入至較淺的深度。為減輕通道效應及因而造成的注入深度的增 加，特別是對于低離子束能量時，通常把新式的高電流束注入襯底上的 非晶層中，該非晶層是由在襯底上沉積非晶層或是利用高劑量的非摻雜 物種來進行前置非晶化注入而得到。
對遮蔽效應來說，控制離子束的角度內容(范圍)也非常重要，其 中，隨著特征尺寸縮小及實施高電流淺注入以提高封裝密度，遮蔽效應 問題正變得越來越重要。遮蔽效應是指晶片中的特定部分可能會因為束 被晶片上的一個或多個相鄰特征阻擋而僅能接收到極少的摻雜物甚至接 收不到任何摻雜物的情形。例如，請參考圖3，半導體襯底或晶片300的 一部分的橫截面視圖，其具有形成在其上的多個特征302、 304、 306、 308，和分別在其間限定的間隔310、 312、 314。特征302、 304、 306、 308可由光阻(光刻膠)材料或多晶硅材料形成，并且因此基本上全都是 相同高度。然而，與其它的特征相比，特征302、 304、 306、 308中的一 些被形成為更靠近在一起，因此，它們之間的對應間隔310、 312、 314 便會具有不同的寬度。
通過離子注入，摻雜由間隔310、 312、 314暴露的襯底300的區(qū)域 320、 322、 324。因此， 一個或多個離子束330被引導至襯底300，以實 施摻雜。然而，例如以相對于襯底300的表面340成一定角度地取向束 330，以減輕通道效應。因此， 一些束330的離子中的一部分由特征 302、 304、 306、 308的部分(例如角落)阻擋。因此，襯底區(qū)域320、 322、 324內的區(qū)域350、 352、 354收到少于預期的摻雜離子量。從圖中 可以看出，當使得特征302、 304、 306、 308被靠近在一起(未改變它們的 高度)且因此各個間隔310、 312、 314變得較窄時，不充分摻雜的區(qū)域350、 352、 354占據襯底區(qū)域320、 322、 324中較大的部分。應該明白的 是，當離子注入角度提高時(例如為消除通道效應)，可能加劇這樣的遮蔽 效應。
另外，通常，在工件上保持基本上恒定的注入角度是很重要的。例 如，通常在特定工件上形成半導體裝置和/或集成電路的許多復制品并且 之后從其上將它們移除(例如切割)。例如，在工件上的遮蔽效應和/或通 道效應變化(例如由于注入角度變化)可導致所得到的不同裝置有區(qū)別地運 行。因為半導體制造商通常希望可預測且可重復的裝置性能，所以這不 是所期望的。
圖4顯示示例性的離子注入系統(tǒng)410，其中，如本文所述的可控制離 子束。系統(tǒng)410具有終端412、束線組件414、以及末端站416。終端 412包含由高電壓電力供應裝置422供電的離子源420，其產生離子束 424并且把離子束424引導至束線組件414。離子源420產生被抽取且形 成到離子束424中的帶電離子，離子束424沿著束線組件414中的束路 徑被引導至末端站416。終端412有時候可被描述成包括一些束線，其 中，束線的該部分在終端電位處。
為了產生離子，將要被離子化的摻雜材料氣體(未顯示)被設置在離子 源420的產生室421內。例如，摻雜氣體可從氣體源(未顯示)被供料至反 應室421中。應該明白的是，除了電力供應裝置422之外，可使用任何 數(shù)量的適合的機構(未顯示)來激勵在離子產生室421內的自由電子，例如 RF或微波激勵源、電子束注射源、電磁源、和/或用以在所述室內產生弧 光放電的陰極。被激勵的電子撞擊摻雜氣體分子并且因此產生離子。通 常產生陽離子，但是，本文揭示的內容也適合于在其中產生陰離子的系 統(tǒng)。
由離子抽出組件423經由所述室421中的狹縫418可控制地抽出離 子。離子抽出組件423包括多個抽出和/或抑制電極425。例如，抽出組 件423可包含單獨的抽出電力供應裝置(未顯示)，用以對抽出和/或抑制 電極425進行偏壓以加速來自產生室421的離子。應該明白的是，因為 離子束424包括相同的帶電粒子，所以束可能會有徑向向外擴散或展開 的傾向，因為相同的帶電粒子會彼此排斥。還應該明白的是，在低能量、高電流(高導流系數(shù))束中的束擴散現(xiàn)象會加劇，其中，很多相同帶電 粒子非常緩慢地在相同方向上移動，使得在粒子之間會有大量的排斥作 用力，而粒子動量卻很小而無法保持粒子在束路徑的方向上移動。因 此，抽出組件423通常被配置，使得在高能量下抽出束，使得束不會擴 散(也就是，讓粒子具有足夠的動量以克服可能會造成束擴散的排斥作用 力)。另外，通常有利的是在相對高的能量下在整個系統(tǒng)中傳輸該束
424，僅在快到達工件430之前降低能量以促成束約束作用 (containment)。同樣有利的是，產生且傳輸可在相對高的能量下被傳輸?shù)?卻以較低的等效能量被注入的分子或離子團(cluster ion)，因為分子或離 子團的能量被分化至分子的摻雜原子中。
束線組件414具有束導432、質量分析器426、掃描系統(tǒng)435、以及 平行化器439。以大約九十度角度形成質量分析器426并且包括一個或多 個磁鐵(未顯示)用以在其中建立(雙極)磁場。當束424進入質量分析器 426中時，其被磁場相應地彎曲，使得具有不適合的電荷質量比的離子被 丟棄。更具體地，具有太大或太小電荷質量比的離子會被偏轉至質量分 析器426的側壁427上。以這種方式，質量分析器426僅允許所述束中 的具有所需要的電荷質量比的離子通過其中并且經由分辨孔434出去。 應該明白的是，離子束與系統(tǒng)410中的其它粒子撞擊可損壞束完整性。 因此，可含有一個或多個泵(未顯示)以至少排空束導432。
在所顯示的例子中的掃描系統(tǒng)435包含掃描元件436和聚焦和/或操 控元件438。各個電力供應裝置449、 450操作地耦合至掃描元件436和 聚焦與操控元件438，更具體地，是耦合至設置在其中的各個電極 436a、 436b和438a、 438b。聚焦與操控元件438接收具有非常窄輪廓的 經質量分析的離子束424(例如圖中所顯示的系統(tǒng)410中的"鉛筆狀 (pencil)"束)，由電力供應裝置450施加至板"8a與"8b的電壓進行 操作，以聚焦與操控束至掃描元件436的掃描頂點451。之后，由電力供 應裝置449(理論上其可與電力供應裝置450相同)施加至掃描儀板436a 與436b的電壓波形會來回地掃描束424，以把束424擴散成細長的「帶 狀」束(例如，被掃描的束424)，其寬度可被設為至少等于或大于所關注 的工件。應該明白的是，掃描頂點451可被定義為光學路徑中的點，在被掃描元件436掃描之后帶狀束中的每個小束(beamlet)或經掃描的部 分看似來源于的該點。
之后，經過掃描的束424通過平行化器439，在所示出的例子中，其 包括兩個雙極磁鐵439a、 439b。該雙極基本上為梯形并且被定向成彼此 成鏡像，以使得束424彎曲成大致s形。換言之，雙極具有相等的角度 以及相反的彎曲方向。雙極的主要目的是形成從掃描頂點451平行射出 的發(fā)散束帶。使用兩個對稱的雙極在小束路徑長度以及第一階與高階聚 焦特性方面上導致了跨過帶狀束的對稱特性。另外，與質量分析器426 的運作方式相似，s彎曲用于凈化束。具體地，中性粒子和/或其它雜質 (例如，進入質量分析器425下游的束的環(huán)境粒子)的軌跡并不會受到雙極 的影響(或者僅會受到非常小的影響)，使得這些粒子繼續(xù)沿著原來的束路 徑前進，中性粒子中的一些不會(例如從注射器處)被彎曲或是僅會彎曲非 常小，從而不會撞及工件430(其已經被移動以接收被彎曲的離子束 424)。應該明白的是，從束中移除這樣的雜質非常重要，因為它們可能具 有不正確的電荷等。這樣的雜質通常不會受到系統(tǒng)400中的減速級和/或 其它級的影響(或者受影響的程度非常的低)。因此，在劑量及角度均勻性 方面，它們對工件430具有重大的影響(雖然是不期望的且通常是不需要 的)。這又可導致產生無法預測且不需要的裝置性能。
如其名，平行化器439還導致束散開成平行小束424a，使得工件 430上的注入參數(shù)(例如注入角度)均勻。轉向圖5，可知，雙極439a、 439b中的每一極使得小束424a相對于平行于束424原始軌跡的方向443 彎曲9441的角度，從而使得束基本上具有s形。在一個實施例中，9441 在大約30度和大約40度之間，但是可以是大于大約20度的任何角度。 在任何情況中，因為兩個雙極439a、 43%彼此成鏡像，所以各個小束 424a具有大致相等的路徑長度437(圖4)，其促成均勻的注入參數(shù)(例如注 入角度)。這也可被描述成每個小束424a具有恒定的路徑長度。通過在雙 極439a、 43%中使用相對小的彎曲角度把小束424a的長度437保持相 對短。至少因為這使得注入系統(tǒng)400的覆蓋區(qū)域在一定程度上保持相當 緊湊，這是有利的。此外，在所顯示的實施例中，由間隙442分離雙極 439a、 439b。間隙442給各個小束提供了相等的移動長度，并且可能會以雙極的極間隙的2倍距離來分離雙極439a、 439b，例如，通常是在大 約4英寸至大約IO英寸之間。
應該明白，因為它們的彎曲方向是相反的，形成s彎曲的兩個雙極 的質量分辨率是每個雙極的質量分辨率的一半。例如，這有利于在注入 離子團時，在經質量分辨雙極426進行質量分辨之后傳輸包括具有類似 質量的分子的分子離子束。s彎曲的相對低的質量分辨率借助保持低的質 量分散效應來維持包括具有類似(但不相等)質量的多個分子的離子束的束 尺寸與束角度。
接著參考圖6，應該明白的是，雙極439a、 439b中的每一個可包括 多個勾形(cusping)磁鐵445，用以幫助約束(contain)和/或控制通過其中的 離子束424(即使僅有一個雙極439a在圖7被示出)。勾形磁鐵445的運 行方式與在Berweniste等人的美國專利第6414329號中所述的相同，其 揭示的全部內容通過引用并入本文中。應該明白的是，勾形磁鐵445通 常會在束路徑中感應出靜態(tài)磁場，以約束由自中和作用產生的電子，從 而禁止這樣的電子在垂直于磁場的方向上的運動。更具體地說，勾形磁 鐵445用來約束電子，使得它們難以沿著磁場來移動且抵達極的器件。 用這種方式，可減輕電子造成進一步自中和作用。在所示的例子中，勾 形磁鐵445分散在雙極439a附近。然而，任何合適的勾形磁鐵445的取 向(和/或尺寸和域間隔和/或數(shù)量)都是可能的，并且認為是落入本文揭示 內容的范圍內(例如，用以達到所需要的束約束和/或控制目標)。
此外，當在雙極439中提供RF或微波能量時，那么磁場與電場之間 的合作相互作用導致在磁鐵445之間產生電子回旋共振(ECR)條件。這種 ECR條件有利地提供了與穿過雙極439前進的離子束(未顯示)相關聯(lián)的 增強的束等離子體，從而改善束完整性。通過促進把能量傳輸給束附近 的等離子體，在離子束周圍的ECR條件的產生減輕束擴散，從而增強所 述等離子體。當把交流電場施加至靜態(tài)磁場中的帶電粒子時，出現(xiàn)電子 回旋共振條件，使得電場的頻率匹配圍繞靜態(tài)磁場線的帶電粒子的旋轉 的固有頻率(natural frequency)。當達到此種共振條件時，單一頻率電 磁波可非常有效率地加速帶電粒子。
如在Benveniste等人的美國專利第6414329號中所闡述的波導也可被包括在雙極439的每一個中。這樣的波導包括合適的傳播媒體(例如石 英)的一層或多層，其由薄涂層而被金屬化在雙極的內側壁上。也可在波 導的向內面向的金屬化層中設置橫向延伸口或縫，以助于朝離子束耦合
RF或微波能量。RF或微波能量提供電場，其與由磁鐵445所產生的多 個勾形磁場進行合作的相互作用，以提供和/或增強ECR區(qū)域，用于減輕 束擴散。
返回參考圖4， 一個或多個減速級457被設置在平行化部件439的下 游。到此為止，在系統(tǒng)400中，束424通常以非常高的能量水平被傳 輸，以減輕發(fā)生束擴散的傾向，例如，束擴散在束密度升高的地方(例如 在分辨孔434處)可能會特別高。和離子抽出組件423、掃描元件436、以 及聚焦與操控元件438類似，減速級457包括可運作以減速束424的一 個或多個電極457a、 457b。
然而，應該明白的是，雖然在示例性的離子抽出組件423、掃描元件 436、聚焦與操控元件438、以及減速級457中分別顯示兩個電極425a與 425b、 436a與436b、 438a與438b、以及457a與457b，但是，該些元件 423、 436、 438、以及457可包括任何合適數(shù)量的電極，這些電極被布置 且被偏壓以加速和/或減速離子以及用以如Rathmdl等人的美國專利第 6777696號中所提供地對離子束424進行聚焦、彎曲、偏離、收斂、發(fā) 散、掃描、平行化、和/或除去雜質，所述美國專利所揭示的全部內容通 過引用并入本文中。此外，聚焦與操控元件438可包括多個靜電偏離板 (例如， 一個或多對所述偏離板)、以及單透鏡(Einzel lens)、四極、禾口/或 用以聚焦離子束的其它聚焦元件。雖然并非必要，但施加電壓至元件438 內的偏離板使得它們的平均值為零可能是有利的，其作用是避免引進額 外的聚焦透鏡以減輕元件438的聚焦狀態(tài)的失真。應該明白的是，"操 控(steering)"離子束是板438a、 438b的尺寸(dimension)以及施加至其 上的操控電壓的函數(shù)，除此之外，束方向與操控電壓和板的長度成正比 并且與束能量成反比。
以另一例子來說，應該明白的是，減速級457運作以進一步過濾束 的非所需要能量的離子以及中性粒子(例如，未被平行化器439以及s彎 曲所濾除，從而被灌注在束424中的粒子)。相反地，具有所需要能量的離子物種會遵循相同的路徑并且會由減速級457引導與減速。如果離子 束包括具有類似質量的分子，這是有利的，例如在束團注入中一所有的 質量均會遵循相同的軌跡且靜電減速級將不會有任何質量分散作用，使 得可維持束尺寸以及角度(在這個例子中為離開該束帶的平面)。
參考圖7，例如，更加詳細地顯示示例性的減速級457，其包含第一 電極702及第二電極704以及多個中間電極板。第一電極702及第二電 極704基本上彼此平行，并且分別含有第一孔706與第二孔708?？?706、 708之間限定了間隙710，且電極702、 704被設置使得基本上垂直 于第一電極702及第二電極704的軸線712通過間隙710且通過第一孔 706與第二孔708。
在所顯示的例子中的中間電極板包括第一上中間隙電極750、第二上 中間隙電極752、以及第三上中間隙電極754;第一下中間隙電極756、 第二下中間隙電極758、以及第三下中間隙電極760。第一上子間隙區(qū) 762被限定在第一電極702與第一上中間隙電極750之間。第二上子間隙 區(qū)764被限定在第一上中間隙電極750與第二上中間隙電極752之間。 第三上子間隙區(qū)766被限定在第二上中間隙電極752與第三上中間隙電 極754之間。最后，第四上子間隙區(qū)768被限定在第三上中間隙電極754 與第二電極704之間。類似地，第一下子間隙區(qū)770被限定在第一電極 702與第一下中間隙電極756之間。第二下子間隙區(qū)772被限定在第一下 中間隙電極756與第二下中間隙電極758之間。第三下子間隙區(qū)774被 限定在第二下中間隙電極758與第三下中間隙電極760之間。最后，第 四下子間隙區(qū)776被限定在第三下中間隙電極760與第二電極704之 間。在所顯示的例子中，通過間隙710的離子束424從軸線712處被偏 離角度e， 727(例如該角度可以是大約12度)，并且被聚焦在間隙710下 游處的位置點728處。
在所顯示的例子中，描述了特定偏壓以幫助討論減速級457的運 作。然而，應該明白的是，為達本發(fā)明的目的，可在電極之間施加任何 適合的偏壓以達所需要的結果(例如加速、減速、禾n/或偏離的程度)。然 而，圖7中的偏壓值有效地顯示離子束726的減速作用。第一電極702 相對于接地被偏壓至-4KV，第一上中間隙電極750被偏壓至-4.5KV，第一下中間隙電極756被偏壓至-6.5KV，其余的電極則被偏壓至0V。離子 束726(具體而言指包含在其中的離子)以初始能量水平(例如在所顯示的例 子中的6KeV)通過第一孔706進入間隙710。為加速或減速束中的離子， 第一電極702及第二電極704被不同地偏壓，使得在其間存在著電位 差，且當離子通過第一電極702及第二電極704之間的間隙710時產生 相應的能量增加或下降。例如，在圖7中所示的例子中，當離子從具有 負4KV偏壓的第一電極702至具有零電位(例如，被耦合至接地)的第二 電極704時經歷4KeV的能量降。因此，當離子通過間隙710且經歷 4KeV的能量降時，原始的6KeV能量下降至2KeV。所以，離子束726 在離開間隙710且進入間隙710下游處的中性區(qū)730中時具有特定的最 終能量水平(例如在所顯示的例子中的2KeV)。
應該明白的是，不論離子釆用何種路徑經過間隙710，上述結果均成 立。例如，在所顯示的例子中，進入第一電極702與第一下中間隙電極 756之間的第一下子間隙區(qū)770的離子被加速的速率將會大于進入第一電 極702與第一上中間隙電極750之間的第一上子間隙區(qū)762的離子被加 速的速率。這是因為第一電極702與第一下中間隙電極756之間的電位 差大于第一電極702與第一上中間隙電極750之間的電位差(也就是，第 一下子間隙區(qū)770的負2.5KV(負4KV減去負6.5KV)以及第一上子間隙 區(qū)762的負0.5KV(負4KV減去負4.5KV))。
然而，這種加速差異被第一上中間隙電極750與第一下中間隙電極 756和第二電極704之間的對應電位差抵消。例如，在所顯示的例子中， 第二電極704被偏壓至零(例如，被耦合至接地)。因此，來自第一下子間 隙區(qū)770的離子被減速的程度會大于來自第一上子間隙區(qū)762的離子被 減速的程度。當離子進入間隙710時，這抵消它們的加速差異，使得在 離子離開間隙710時它們都具有基本上相同的能量(例如2KeV)。來自第 一下子間隙區(qū)770的離子被減速的程度將會較大，因為在跨越第二下子 間隙區(qū)772(以及第三下子間隙區(qū)774與第四下子間隙區(qū)776)時它們必須 橫越負6.5KV(例如第一下中間隙電極756的負6.5KV偏壓減掉第二下中 間隙電極758、第三下中間隙電極760、以及第二電極704的零V偏 壓)。相反地，來自第一上子間隙區(qū)762的離子被減速的程度將會較小，
15因為在跨越第二上子間隙區(qū)764(以及第三上子間隙區(qū)766與第四上子間 隙區(qū)768)時它們僅必須橫越負4.5KV(例如第一上中間隙電極750的負 4.5KV偏壓減掉第二上中間隙電極752、第三上中間隙電極754、以及第 二電極704的零V偏壓)。因此，不論它們是否采用不同的路徑且不論它 們經歷下降的能量水平如何，由于間隙710的作用離子呈現(xiàn)出大致相同 的能量水平(例如2KeV)。
應該明白的是，上中間隙電極750、 752、 754以及下中間隙電極 756、 758、 760用于至少兩個目的束彎曲以及將束牽引至間隙710中以 減輕束擴散。中間隙電極的偏壓通常彼此互不相同，使得在其間產生靜 電場，以根據偏壓向上或向下彎曲束。例如，在示出的例子中，第一上 中間隙電極750被偏壓至負4.5KV，第一下中間隙電極756被偏壓至負 6.5KV，而其余的電極接地或偏壓至零，不過，例如，可依照束特性(例 如電流、能量)來對它們施加不同的偏壓，以延長或縮短加速器的有效長 度。假設束包括正電離子，電位的這種差異使得通過間隙710的正電離 子被迫向下朝更負電性的下中間隙電極716移動，最終使得束726向下 彎曲或偏離(例如大約12度)。應該明白的是，第二上中間隙電極752與 第二下中間隙電極758和/或第三上中間隙電極754與第三下中間隙電極 760可以與第一上中間隙電極750與第一下中間隙電極756類似的方式被 偏壓，以助于彎曲束。偏壓兩組或多組電極以彎曲束實際上可能會比偏 壓單一組電極更為經濟，因為利用兩組或多組電極來彎曲束所需要的電 壓可能會遠低于利用單一組電極來彎曲束所需要的電壓。例如，在束是 包括具有極大動量的離子的高能量束且因而可能更難以彎曲或偏離情況 中時，這可能會特別有用。
第一上中間隙電極750與第一下中間隙電極756以及第一電極702 與第二電極704之間的電位差通過影響束424中的離子進入間隙710的 方式來減輕束擴散。這可能是必要的，因為所述進入的束可能位于或接 近最大束電流(例如離子濃度)處，并且因此具有向外徑向散開或擴散的極 大傾向，尤其是在進入空間電荷會提高的靜電場時。例如，在圖7中所 顯示的例子中，相對于第一電極702的電壓，第一上中間隙電極750與 第一下中間隙電極756被負向偏壓(例如相對于負4KV分別為負4.5KV及負6.5KV)。這種電位差將束726的離子拉入間隙710中。因此，束 424被加速進入第一上子間隙區(qū)762與第一下子間隙區(qū)770中并且因此減 輕束擴散。這有助于使束424通過加速器結構內的間隙710，但卻不會失 去對束424的約束。
應該明白的是，上中間隙電極750、 752、 754以及下中間隙電極 756、 758、 760的布置、配置、和/或成形均可被修整以助于控制束的透 鏡效應。通過例子的方式，在圖7中所描述的視圖中，下中間隙電極 756、 758、 760的寬度相對于上中間隙電極750、 752、 754，另外第三下 中間隙電極還擁有輕微的斜角732。該些調整基本上抵消了離子由于施加 偏壓的差異而在經歷較強的加速和/或減速時在下中間隙電極756、 758、 760(并且在所顯示的例子中尤其是第一下中間隙電極756，因為第二與第 三下中間隙電極758與760接地)附近的離子所經歷的增加的透鏡效應。 然而，應該明白的是，就本文所揭示的內容的目的而言，這些電極750、 752、 754、 756、 758、 760可具有任何適合的配置并且可能會有任何適合 數(shù)量的這樣的電極。還應該進一步明白的是，束可能會在加速模式、減 速模式、和/或移動(例如零加速/減速)模式中被彎曲，因為主要負責束彎 曲的上和下中間隙電極750、 752、 754、 756、 758、 760基本上獨立于第 一電極702、第二電極704運作，而第一電極702、第二電極704主要負 責束424的加速/減速。
所有電位差的總的凈影響是減速、聚焦和偏離束424中的離子。當 束中的不受電極的作用影響的中性粒子繼續(xù)沿著平行于軸線712的原始 束路徑前進時，束的除雜便會發(fā)生。例如，之后雜質可能會遭遇到一定 類型的阻擋層(barrier)或吸收結構713，其阻止它們往前前進并且防護 任何的工件免于雜質的污染。相反地，經偏離的離子束424的軌跡使得 其適當?shù)嘏龅角覔诫s工件(未顯示)中的選定區(qū)域。應該明白的是，電極 (例如，位于第一電極702與第二電極704之間的上下中間隙電極750、 752、 754、 756、 758、 760)的布置還可用來減輕束擴散，因為這種配置最 小化束424在碰到晶片之前必須前進的距離。通過偏離束424(例如，由 上下中間隙電極750、 752、 754、 756、 758、 760)同時聚焦束(例如由第 一電極702與第二電極704)，而不是順序布置這些彎曲與聚焦級，可更靠近加速器設置末端站716。
如圖所示，加速器457還可包括上抑制電極734與下抑制電極736。 抑制電極用來在晶片和中性帶730上游的電位之間產生電位勢壘。抑制 電極734、 736被以這樣的方式偏壓，以產生向外伸入至中性帶730中的 電位勢壘738。當不具有這樣的抑制電極734、 736及所產生的勢壘738 時，來自其它電極的電位740便可能會穿透且進入靠近末端站(未顯示)的 中性帶730中，并且會從束424中抽出電子以及可能會抽出存在于工件 上或附近的電子。這可能會干擾空間電荷控制，其中，空間電荷控制是 借助饋送電子至靠近末端站的束424中的等離子體淹沒效應(flood)來 施行的，且其目的是中和或降低因把帶電離子注入工件中而出現(xiàn)在工件 中的電荷。末端站上游電位740可能會把等離子體中和電子吸離工件， 從而會導致電位束擴散及工件電荷上升。由抑制電極734、 736所產生的 勢壘或壁738會讓否則由正電位740從末端站抽離的電子回轉。
在顯示的例子中還包含第三電極742，且其可被偏壓以助于終止或限 制來自抑制電極734、 736的電場738。應該明白的是，雖然在所顯示的 例子中，抑制電極734、 736(以及第二電極704與第三電極742)相對于束 軸線712傾斜大約12度以便與該(經彎曲的)束424的任一側等距，以便 產生大致對稱的勢壘配置，不過，本文被認為是涵蓋了所有的布置。例 如，抑制電極734、 736可不傾斜和/或可以不同于第二電極704和/或第 三電極742的方式來傾斜，而第二電極704及第三電極742本身可能傾 斜或可能不傾斜。
參考圖4，應該明白的是，在注入器410中可運用不同類型的末端站 416。例如，"分批"型末端站可在旋轉支撐結構上同時支撐多個工件 430，其中，工件430被旋轉通過離子束的路徑，直到所有工件430均被 完全注入為止。另一方面，"連續(xù)"型末端站沿束路徑支撐單個工件430 用于注入，其中，以連續(xù)的方式每次注入一個工件430，每一個工件430 均必須被完全注入之后才會開始注入下一個工件430。在混合式系統(tǒng)中， 工件430可在第一方向(Y方向或慢速掃描方向)上以機械的方式來平移， 而束則會在第二方向(X方向或快速掃描方向)上來掃描以便在整個工件 430上方注入束424。在所顯示的例子中的末端站416是"連續(xù)"型末端站，其沿束路徑
支撐單個工件430用于注入。在末端站416中靠近該工件的位置處包含 劑量測定系統(tǒng)452，用以在進行離子注入操作之前進行校準測量。在校準 期間，束424通過劑量測定系統(tǒng)452。劑量測定系統(tǒng)452包含一個或多個 輪廓儀456，輪廓儀456連續(xù)地橫跨輪廓儀路徑458，從而測量被掃描束
的輪廓。例如，輪廓儀456可包括電流密度傳感器(例如法拉第杯)，其測 量被掃描束的電流密度，其中，電流密度是注入的角度(例如，束和工件 的機械表面之間的相對取向和/或束和工件的晶格結構之間的相對取向)的 函數(shù)。電流密度傳感器以大致正交于被掃描束的方式移動并且因而典型 地在帶狀束的寬度上橫移。在一個例子中，劑量測定系統(tǒng)測量束密度分 布及角度分布。束角度測量可使用移動式輪廓儀感測具有縫的掩模后面 的電流，其如R. D. Rathmell、 D. E. Kamenitsa、 M. I. King、以及A. M. Ray在IEEE Proc. of Intl. Conf. on Ion Implantation Tech., Kyoto, Japan 392-395 (1998)上、Rathmell等人的美國專利申請?zhí)?1/288908，標題為
"IONIMPLANATION BEAM ANGLE CALIBRATION，，及Rathmell等人 的美國專利號 11/290344 ， 標題為"MEANS TO ESTABLISH ORIENTATION OF ION BEAM TO WAFER AND CORRECT ANGLE ERRORS"中所描述的，其揭示的全部內容通過引用并入本文中。在經 過短程漂移之后，從縫位置的每個小束的位移可用來計算小束角度。應 該明白的是，這種位移可被稱作系統(tǒng)中的束診斷的校準基準。
劑量測定系統(tǒng)452被操作地耦合至控制系統(tǒng)454，以從其中接收命令 信號并且給其提供測量值。例如，控制系統(tǒng)454可包括計算機、微處理 器等，并且可操作地從劑量測定系統(tǒng)452取得測量值并且計算工件上的 被掃描的帶狀束的平均角度分布。同樣地，控制系統(tǒng)454被可操作地連 接至從其中產生離子束的終端412以及束線組件414的質量分析器426、 掃描元件436(例如通過電力供應裝置449)、聚焦與操控元件438(例如通 過電力供應裝置450)、平行化器439、以及減速級457。因此，可通過控 制系統(tǒng)454調整任何這些組件，以助于基于由劑量測定系統(tǒng)452提供的 數(shù)值獲得所需要的離子注入。例如，剛開始可根據預定的束調諧參數(shù)(該 參數(shù)可被儲存/加載至控制系統(tǒng)454中)來建立束。之后，例如，依據來自劑量測定系統(tǒng)452的反饋，可調整平行化器439以更改s彎曲的程度，
以便更改注入角度。同樣地，例如，束的能量水平可適合于通過調節(jié)施
加至離子抽出組件423及減速級457中的電極的偏壓來調節(jié)結的深度。 在質量分析器526中所產生的磁場的強度及取向可被調節(jié)(例如通過調節(jié) 流過其中的磁場繞組的電流的量)，用以更改束的電荷質量比。例如，通 過調節(jié)施加至操控元件438的電壓可進一步控制注入的角度。
參考圖8，顯示了如本文所描述的用于控制在離子注入系統(tǒng)中的離子 束的示例性方法800。雖然在下文中將方法800顯示和描述成一系列的動 作或事件，但應該明白的是，本發(fā)明并不受限于所顯示的這樣的動作或 事件的順序。例如，根據本發(fā)明的一個或多個方面， 一些動作也可以不 同的順序來進行和/或與本文所顯示的和/或所描述的之外的其它動作或事 件同時進行。此外，施行根據本發(fā)明的方法并不需要所有已顯示的動 作。
方法800始于810，在步驟中在離子注入系統(tǒng)中產生離子束，該離子 束被掃描跨越工件。例如，束被建立成具有所要的摻雜物種、能量、禾口/ 或電流。之后，所述方法前進至812，在該步驟中測量一個或多個注入特 性，例如注入角度、束物種、束能量、注入深度等。例如，可以利用上 面所述的劑量測定系統(tǒng)來測量這樣的特性。具體而言，當束掃描跨越晶 片時，可運用劑量測定系統(tǒng)來測定束的電流密度，其中，電流密度是注 入角度(例如，束和工件的機械表面之間的相對取向和/或束和系統(tǒng)中的經 校準的診斷基準束之間的相對取向)的函數(shù)。通過對從劑量測定系統(tǒng)獲得 的數(shù)據進行平均可確定注入角度分布。
之后，在814處依據在812處所取得的測量值來調節(jié)系統(tǒng)的操作參 數(shù)。例如，可以如上所述地調節(jié)終端、質量分析器、掃描元件、聚焦與 操控元件、平行化器、和/或減速級中的任何一個或多個，以便獲得所需 要的離子注入。經測得的參數(shù)可與被儲存在系統(tǒng)的控制部件中的所需要 參數(shù)比較，以便確定需要進行什么樣的調節(jié)(如果要的話)來幫助獲得 所需要的離子注入。雖然之后所述方法800被顯示為結束，但實際上可 循環(huán)執(zhí)行或反復執(zhí)行，以便獲得所需要的離子注入。
雖然本發(fā)明已經顯示與說明一個或多個施行方式，但本領域技術人員在閱讀與理解本說明書及隨附的附圖之后將會對本發(fā)明進行等同替換 和修改。本發(fā)明涵蓋所有這樣的修改和替換，且僅受限于本發(fā)明隨后的 權利要求的范圍。特別是對于由上述部件(組件、元件、裝置、電路等)所 執(zhí)行的各種功能，除非另外說明，否則用來說明這樣的部件的術語(包含 "方式或裝置"的用詞)認為是對應于執(zhí)行所述部件的特定功能的任何部 件(即功能上等效的組件)，即使結構上不等同于本文中所揭示的結構，所 述結構執(zhí)行本發(fā)明在此處所顯示的示例性的實施方式的功能。此外，雖 然僅對本發(fā)明的多個實施方式中的一個對本發(fā)明的特定特征進行了揭 示，在對任何特定或特殊應用在需要和有利時，這樣的特征可與其它實 施方式中的一個或多個特征接合。另外，在詳細描述或權利要求中使用 術語"包含"、"具有"、"帶有"或它們的變化詞語，這樣的詞語被 認為與術語"包括"類似，是包容性(開放式)的。另外，本文中還使 用到術語「示例性」，其目的僅在于表示一個例子，而不是最佳的例 子。
權利要求
1.一種在離子注入系統(tǒng)中將離子注入工件中的方法，包括在離子注入系統(tǒng)中產生離子束；在離子注入系統(tǒng)中彎曲束以使其具有大致s形狀，同時把束平行化成多個平行的小束，使得各個小束具有大致相等的長度；把工件放置在所述小束的前面，使得把離子注入工件中。
2. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括 在離子束被彎曲成具有大致s形狀之后，使離子束減速。
3. 根據權利要求2所述的方法，進一步包括 測量一個或多個注入特性；和 響應于測得的特性，調節(jié)離子束的彎曲和/或減速。
4. 根據權利要求3所述的方法，其中，所述束被彎曲第一角度并且 之后被彎曲相等的但相反的第二角度，以獲得大致s形狀。
5. 根據權利要求4所述的方法，其中，所述第一和第二角度中每一 角度均大于大約20度。
6. 根據權利要求5所述的方法，其中，所述離子束包括分子離子。
7. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括 測量一個或多個注入特性；和 響應于已測得的特性，調節(jié)離子束的彎曲。
8. 根據權利要求7所述的方法，其中，所述束被彎曲大于大約20度 的第一角度，并且接著彎曲大于大約20度的相等且相反的第二角度，以 獲得大致s形狀。
9. 一種離子注入系統(tǒng)，包括 用于產生離子束的部件； 用于質量分辨離子束的部件；平行化器部件，其位于質量分辨部件的下游處，用以把束彎曲成大 致s形狀以便濾除雜質，同時把束平行化成多個平行小束，使得各個小 束具有大致相等的長度；和末端站，其位于平行化部件的下游處，并且被配置以支撐將由離子束注入離子的工件。
10. 根據權利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述平行化器部件包括至少 一對雙極磁鐵。
11. 根據權利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述各個雙極磁鐵大致為 梯形。
12. 根據權利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述各個雙極磁鐵被取向 為彼此成鏡像。
13. 根據權利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述各個雙極磁鐵使束彎 曲大于大約20度的角度。
14. 根據權利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述雙極磁鐵的至少一個 包括勾形磁鐵。
15. 根據權利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述離子束包括分子離子。
16. 根據權利要求13所述的系統(tǒng)，進一步包括 測量部件，其被配置以測量一個或多個注入特性；和控制器，其被可操作地耦合至測量部件、束產生部件、質量分辨部 件、平行化器部件、以及末端站，并且被配置以響應于測量部件所取得 的測量值來調節(jié)束產生部件、質量分辨部件、平行化器部件、以及末端 站中的至少一個的操作。
17. 根據權利要求14所述的系統(tǒng)，進一步包括-測量部件，其被配置以測量一個或多個注入特性；以及控制器，其被可操作地耦合至測量部件、束產生部件、質量分辨部 件、平行化器部件、以及末端站，并且被配置以響應于測量部件所取得 的測量值來調節(jié)束產生部件、質量分辨部件、平行化器部件、以及末端 站中的至少一個的操作。
18. 根據權利要求15所述的系統(tǒng)，進一步包括減速部件，其位于平行化器部件的下游處且位于末端站的前面，并 且被配置以在離子被注入工件之前使離子束減速。
19. 根據權利要求18所述的系統(tǒng)，進一步包括掃描部件，其位于質量分辨部件的下游且位于平行化器部件的前面，并且被配置以把束掃描成帶狀束；禾口聚焦與操控部件，其位于質量分辨部件的下游但在掃描部件的前面，并且被配置以把束聚焦與操控至掃描部件的掃描頂點。
20.根據權利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器被進一步操作地耦合至掃描部件及聚焦與操控部件，并且被配置以響應于由測量部件 所取得的測量值來調整掃描部件及聚焦與操控部件中的至少一個的操 作。
全文摘要
一種離子注入系統(tǒng)(410)的平行化部件(439)包括兩個成角度的雙極磁鐵(439a、439b)，其彼此成鏡像且用于彎曲橫越其中的離子束(424)，以具有大致“s”形狀。這種s彎曲用于從束中濾除雜質，同時所述雙極平行化所述束以幫助在晶片(430)上有均勻的注入性能，例如注入角度。另外，在注入系統(tǒng)的末端處還包含減速級(457)，使得束的能量可在整個束線中均保持非常高，以減輕束擴散。
文檔編號H01J37/147GK101553897SQ200780035716
公開日2009年10月7日 申請日期2007年9月13日 優(yōu)先權日2006年9月29日
發(fā)明者波·凡德爾貝格, 派崔克·史皮林特爾 申請人:艾克塞利斯科技公司