具有增强低能离子束传送的离子注入机制造技术

本发明专利技术涉及一种离子注入机，其包括：一用于生成离子束的离子源；一用于支撑离子注入靶的靶标部位；以及一用于在所述离子源与靶标部位之间界定离子束路径的束线。一方面，将一磁性操纵器配置在所述离子源与靶标部位之间，用于至少部分地修正离子束自离子束路径的有害偏移。磁性操纵器可相对于离子光学元件的入口孔定位离子束。另一方面，所述束线包括一减速台，其用于将离子束从第一传送能量减速到第二传送能量。所述减速台包括两个或两个以上电极，其中至少一个电极为定位在离子束路径中的栅极。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种离子注入系统及方法，特别是涉及一种向如半导体晶片等离子注入靶输送低能、单能离子束的方法和装置。
技术介绍
离子注入技术已经成为一种向半导体晶片引入改变导电性能的杂质的标准技术。将预期的杂质材料在离子源中进行电离，离子被加速，形成具有预定能量的离子束，并将离子束指引向晶片的表面。离子束中的高能离子穿入半导体材料并被埋入半导体材料的晶格，形成具有预期导电性的区域。离子注入系统通常包括将气体或固体材料转化为精确离子束的离子源。对离子束进行质量分析以去除非预期的离子种类，加速到预期能量并将离子束指向靶平面。借助射束扫描、靶移动或结合射束扫描和靶移动，使离子束分布在靶区上。1994年9月27日授权给White等人的美国专利第5,350,926号揭示了一种高电流宽束离子注入机，采用高电流密度离子源、分析磁铁引导预期的离子种类穿过解析孔隙和角度校正器磁铁使结果离子束偏转，同时使其沿其宽度成为平行并且均匀的。将带状离子束输送到靶上，靶垂直于带状离子束的长度方向移动，使离子束分布到靶上。众所周知，半导体工业正朝着越来越小型和高速器件的趋势发展。半导体器件在平面尺寸和深度特性上都在减少。最新工艺水平的半导体器件要求结面深度小于300埃，并且最终可能会要求结面深度在大约100埃或更小。搀杂材料的注入深度至少部分地是由注入半导体晶片的离子的能量决定。采用低注入能量就可得到浅的结面。但是，典型的离子注入机是为了在相对较高注入能量下有效工作而设计的，例如，在20keV到400keV的范围内，而在浅结面注入所要求的能量下，可能不能有效工作。在如2keV及更低的注入能量下，送到晶片的电流大大低于预期值，在某些情况下可能会接近于零。因而要达到规定的剂量就要求很长的注入时间，造成对生产能力的负面影响。生产能力的降低提高了制造成本，对于半导体元件制造商来说是无法接受的。在一现有的低能量离子注入技术方案中，离子注入机在漂移模式(drift mode)下工作，并且加速器关闭。离子在低压下由离子源中引出并由离子源漂移到半导体靶晶片上。然而，被送到晶片上的离子流很小，因为离子源在低引出电压下工作效率低下。此外，离子束在离子注入机中传送的过程中会发生发散，离子可能会沿着离子束线击中离子注入机上的部件而非半导体靶晶片。低能离子束采用减速模式的离子注入机使用单独一块弯转磁铁进行质量分析，或者使用两块磁铁。对于使用两块磁铁的情况来说，第一块磁铁用于质量分析，第二块磁铁用于使离子束平行。由于空间电荷中和损耗和离子束爆发效应，离子输送在高能量下效率高，而在低能量下效率偏低。在电场区域，这些效应尤为严重，例如需要减速间隙以使离子束从初始离子束产生能量减速并且传送到预期的最终较低能量。沿单一磁铁的减速通常伴有一定程度的离子束污染，离子束污染源自在减速其最终能量之前在残留气体中中和或通过自表面小角度散射而中和的离子束。中和后的离子束的能量高于预期最终离子束能量，并且可能具有到达所注入晶片的视觉路径(sight path)直达线。结果导致使用该注入机所制造的器件的电性能减退。第二块磁铁的使用可实现在最终弯曲之前达到大量减速，借此消除在减速场或减速场上游中和的离子的视觉路径直达线。离子束可漂移过第二块磁铁而到达晶片，或者在第二块磁铁之后可使用第二次减速。在第一种情况下，几乎完全消除能量污染，但是离子束必须以其最低能量传送一较长距离而达到晶片。在第二种情况下，可通过低得多的场与极低的能量污染达到最终减速。良好性能的主要障碍是在离子束第一次减速之后其通过第二块磁铁并到达晶片的传送效率。由于在第一块磁铁中传送，经优化以用于此系统的离子束通常可能具有严重偏差，在能量较低并且在磁铁之间使用减速台(deceleration stage)时，很难使脱轨离子束匹配入第二块磁铁的入口孔。中心(位于垂直于分析磁铁正中面的平面中)内的小角度误差加剧了此失配，此小角度误差是由离子源中的磁场产生。使用引出操纵器偏移离子源的引出场来修正这些误差只能近似地修正角度。离子束在误差方向上较小时，在高能量下的此缺陷较小。但是，在低能量下，同样在减速且传送较长距离时，角度误差能够阻止完全传送通过第二块磁铁。此外，来自减速区内空间电荷扩张的离子束爆发可导致第二块磁铁的极隙(pole gap)的过充满。因此，降低了离子束效率。因此，需要一种用以增强低能离子束传送的改良方法和装置。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供一种离子注入机。所述离子注入机包括一用于生成离子束的离子源；一用于支撑离子注入靶的靶标部位；一用于在所述离子源与靶标部位之间界定离子束路径的束线；以及一配置在所述离子源与靶标部位之间的磁性操纵器，用于至少部分地修正离子束自离子束路径的有害偏移。所述磁性操纵器可包括一闭环磁框，其具有一用于通过离子束的开口，并且在磁框上具有一或多个线圈，用于在所述开口内产生磁场。磁框可包括顶段、底段、左侧段和右侧段。磁性操纵器可包括位于磁框顶段和底段的线圈或位于磁框左侧段和右侧段的线圈，或其两者。线圈被赋能，使得磁框材料中的由相反线圈感应的场彼此对抗，并且使得磁框中心的磁场由各个线圈提供。通过调节水平线圈电流与竖直线圈电流的比率，可独立调节x和y方向上的操纵。束线可包括一位于磁性操纵器上游的分析磁铁，用以在分析平面上分离不同的离子种类；以及一位于磁性操纵器下游的具有解析孔隙的解析幕罩。磁性操纵器可改变离子束的角度，从而可使偏离束线中轴的离子束回到位于预期点上的轴或调节偏离束线中轴的离子束以使其与该轴平行。结合分析磁铁，可在解析平面上实现所有两个目的。当使用第二操纵元件时，可在此磁铁之前或之后使离子束进入正中解析平面并且平行于预期轴。束线还可包括一位于解析幕罩下游的减速台以及一位于减速台下游的角度校正器磁铁。根据本专利技术的另一个方面，提供一种离子注入机。所述离子注入机包括一用于生成离子束的离子源；一用于从离子束中分离出有害成分的分析仪，其中所述离子束以第一传送能量传送通过该分析仪；一位于分析仪下游的减速台，用于使离子束从第一传送能量减速到第二传送能量，所述减速台包括一上游电极和一减速电极，其中至少一个电极包括一位于离子束路径中的栅极；以及，一用于支撑离子注入靶的靶标部位。栅极可包括多个彼此隔开的导体，这些导体界定了用于使离子束通过的开口。在一些实施例中，栅极包括第一组彼此隔开的平行导体和第二组彼此隔开的平行导体，其中第一组中的导体正交于第二组中的导体。在另一实施例中，栅极包括彼此隔开的平行导体。在又一实施例中，栅极包括一具有多个使离子束通过的开口的导体。在一实施例中，减速电极包括一栅极。在另一实施例中，减速台还包括一位于上游与减速电极之间的抑制电极，而该抑制电极包括一栅极。在又一实施例中，减速台的各个电极均包括一栅极。根据本专利技术的又一个方面，提供一种离子注入机。所述离子注入机包括一用于生成离子束的离子源；一用于支撑离子注入靶的靶标部位；以及一配置于所述离子源与靶标部位之间的栅极，其用于改变离子束的至少一个参数，所述栅极具有多个用于使离子束通过的开口。根据本专利技术的又一个方面，提供一种将离子注入靶内的方法。所述方法包括生成离子束；将靶支撑在用于离子注入的靶标部位；沿离子源与靶标部位之间的离子束本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离子注入机，其包括：一用于生成离子束的离子源；一用于支撑离子注入靶的靶标部位；一用于在所述离子源与所述靶标部位之间界定离子束路径的束线；以及一配置在所述离子源与所述靶标部位之间的磁性操纵器，用于至少部分地 修正离子束自离子束路径的有害偏移。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-6-10 10/458,0371.一种离子注入机，其包括一用于生成离子束的离子源；一用于支撑离子注入靶的靶标部位；一用于在所述离子源与所述靶标部位之间界定离子束路径的束线；以及一配置在所述离子源与所述靶标部位之间的磁性操纵器，用于至少部分地修正离子束自离子束路径的有害偏移。2.根据权利要求1所述的离子注入机，其中所述磁性操纵器包括一闭环磁框，所述闭环磁框具有一用于使离子束通过的开口，并且在所述磁框上具有一或多个线圈以在所述开口中产生磁场。3.根据权利要求2所述的离子注入机，其中所述磁框通常为矩形。4.根据权利要求2所述的离子注入机，其中所述磁框包括顶段、底段、左侧段和右侧段。5.根据权利要求4所述的离子注入机，其中所述磁性操纵器包括位于所述磁框顶段和底段的线圈。6.根据权利要求4所述的离子注入机，其中所述磁性操纵器包括位于所述磁框的左侧段和右侧段的线圈。7.根据权利要求4所述的离子注入机，其中所述磁性操纵器包括位于所述磁框的顶段、底段、左侧段和右侧段的线圈。8.根据权利要求1所述的离子注入机，其中所述磁性操纵器包括由磁性材料形成的矩形框，其具有一用于使离子束通过的开口以及位于所述矩形框的至少两个相反侧上线圈。9.根据权利要求1所述的离子注入机，其中所述束线包括一位于所述磁性操纵器的上游的质量分析磁铁，用于在分析平面内分离不同的离子种类；以及一位于所述磁性操纵器的下游的具有一解析孔隙的解析幕罩，用于选择所述种类中的一种，其中所述磁性操纵器引导离子束通过所述解析孔隙。10.根据权利要求9所述的离子注入机，其中所述磁性操纵器经配置以修正垂直于所述分析平面的离子束的有害偏移。11.根据权利要求9所述的离子注入机，其中所述束线还包括一位于所述解析幕罩的下游的减速台。12.根据权利要求11所述的离子注入机，其中所述束线还包括一位于所述减速台的下游的角度校正器磁铁。13.根据权利要求9所述的离子注入机，其中所述离子束的所述有害偏移是由所述离子源中的磁场产生。14.根据权利要求9所述的离子注入机，其中所述离子束的所述有害偏移是由所述质量分析磁铁中的偏差产生。15.根据权利要求1所述的离子注入机，其中所述束线包括一具有一入口孔的离子光学元件，且其中所述磁性操纵器经配置以相对于所述入口孔定位所述离子束。16.根据权利要求1所述的离子注入机，其中所述离子源包括一产生所述离子束自所述离子束路径的有害偏移的元件。17.一种离子注入机，其包括一用于生成离子束的离子源；一用于从所述离子束中分离出有害成分的分析仪，其中所述离子束以第一传送能量传送通过所述分析仪；一位于所述分析仪的下游的减速台，用于将所述离子束从所述第一传送能量减速到第二传送能量，所述减速台包括一上游...

【专利技术属性】
技术研发人员：瑞尔B李伯特，哈勒德波辛，詹姆士贝福，
申请(专利权)人：瓦里安半导体设备公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]