用于产生经质量分析的带状离子束的对称束线的方法技术

公开了离子注入系统以及用于该系统的束线，其中质量分析并准直具有相对大宽高比的带状束，以提供用于注入一个或多个工件的经质量分析的带状束。束线系统（１２）包括两个相似的磁体（２２、２４），其中第一磁体（２２）质量分析带状束以提供经质量分析的中间离子束，第二磁体（２４）准直该中间束以向终端台（１８）提供均匀的经质量分析的带状束。该对称系统为横跨细长的束宽度的离子提供等距离的束轨道（４１、４３），以便减轻系统的束输运中的非线性，从而使最终经质量分析后的束具有均匀的高度。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术通常涉及离子注入系统，更具体涉及用于在离子注入系统中产生经质量分析的带状离子束的对称束线系统和方法。
技术介绍
在集成电路制造中，离子注入系统用于使用杂质来掺杂半导体。在这种系统中，离子源离化期望的杂质元素，所述杂质元素以具有期望能量的离子束的形式从源中提取出来。离子束然后定向到半导体晶片的表面以便将杂质元素注入晶片。束中的离子透过晶片的表面以形成具有期望导电性的区域(诸如在晶片中制造晶体管器件的过程中)。注入过程通常在高真空处理腔内进行，这防止了离子束由于与残留气体分子碰撞而散射，并且将晶片被气载微粒污染的危险最小化。典型离子注入机包括用于产生离子束的离子源；束线系统，包括使用磁场进行质量分辨的质量分析装置；以及目标腔，包含要用离子束注入的半导体晶片。对于高能注入系统，在质量分析磁体和目标腔之间设有加速装置，用于将离子加速到高能。对于给定应用，为了获得理想注入，注入离子的剂量和能量可以变化。对于给定的半导体材料，离子剂量控制注入离子的浓度。通常，高流注入机用于高剂量注入，而中流注入机用于较低剂量应用。离子能量用于控制半导体器件中的结深度，而束中离子的能量级别决定注入离子的深度的程度。随着向越来越小的半导体器件的发展趋势，需要能够传递低能的高束流的束线构造。高束流提供必要的剂量水平，而低能量允许浅注入。此外，随着向半导体晶片上更高器件密度的持续发展趋势，需要小心地控制在工件上扫描的注入束的均匀性。另一个持续趋势是向着越来越大的半导体晶片尺寸(诸如直径300mm的晶片)发展。与更高的器件密度相结合，更大的晶片尺寸增加了单个晶片的成本。因此，为了避免或者减少废弃晶片的成本，对注入均匀性和其它参数的控制比以往更为关键。在很多离子注入系统中，为了提供理想的注入，将小的离子束(例如锐方向性射束)通过机械和/或磁扫描提供到晶片目标上，以提供需要的诸如。根据离子源提取窗口以及随后的定形装置(诸如质量分析仪装置、分辨孔、四极磁体以及离子加速器)来定形离子束，这样将小离子束提供到目标(多个)晶片。束和/或目标彼此相对平移以实现对工件的扫描。批注入机为多个晶片提供同时注入，所述晶片以受控的方式通过离子束路径旋转。另一方面，一系列注入机同时提供对单个晶片的注入。当使用小离子束时，一系列注入机提供相对复杂的目标扫描系统以在晶片上以均匀方式提供该束。例如，提供机械平移器以在单个轴上平移晶片，同时提供磁装置在垂直轴上扫描该束以获得对晶片表面的光栅型扫描。然而，为了降低这种注入系统的复杂性，理想的是降低目标扫描系统的成本和复杂性，并且提供细长的带状离子束。对于具有足够的纵向长度的带状离子束，可以使用单机械扫描来注入整个晶片，而不需要额外的机械或者磁性光栅型扫描装置。这种束可以与一系列以及批量型目标扫描系统一起使用。然而，当带状束用在这样的单扫描系统中时，为了提供对(多个)晶片的均匀注入，必须保证该束在宽度上是均匀的。在一些现有系统中，小离子束受到质量分析并且然后被准直以便为注入晶片提供经质量分析的带状束。然而，由于与其相伴随的高束密度，这种系统遇到难以提供低能量的高流束的困难，其中高束密度趋向于导致由于空间电荷引起的束扩大。因此，理想的是提供改进的离子注入装置和方法，通过所述装置和方法可以为注入半导体晶片提供均匀的带状束。
技术实现思路
为了提供对本专利技术的一个或多个方面的基本理解，下面提供了简要的概述。该概述不是本专利技术的广泛概述，并且既不意图确定本专利技术的关键或关键元件，也不意图描述其范围。而是，该概述的主要目的是以简化的形式呈现本专利技术的一些概念，作为后面将要呈现的更详细地描述的前言。本专利技术涉及用于使用离子束注入工件的方法和装置，通过所述方法和装置可以克服或者减轻与现有技术相关的上述及其它缺点。特别地，本专利技术提供的注入系统中，由离子源产生相对宽的带状离子束，该离子束然后被提供给对称束线系统用于质量分析和准直。产生的经质量分析后的离子束具有与来自离子源的离子束基本相同的横向宽度、高度以及宽高比。束线系统的对称将具有期望质量的源离子一对一地成像在目标晶片上，从而使诸如剂量均匀性和注入角完整性的工艺参数的控制变得容易。优选采用本专利技术提供横向宽度为约300mm或更大(例如，在一个实施例中为400mm宽)、具有均匀密度分布的带状束，从而可以在没有复杂的和昂贵的光栅扫描装置的情况下获得大(例如，300mm)晶片的单扫描注入。因此，本专利技术有利于注入系统的简化。此外，相对于其中空间电荷扩散的大多数束线系统，本专利技术提供了相对大的离子束横截面，这大大有益于在低能量注入应用中保持束完整。束线系统对称的另一个优点是，对于带状束的所有部分，离子从源到目标的总路径长度或行进距离接近常数。因此，整个束的输运损失近似均匀，因而对注入均匀性没有负面影响。此外，本专利技术的构造有助于防止来自源和束流收集器的污染物和颗粒到达目标晶片。因此提供了离子注入系统和束线系统，其中宽高比相对大的带状束被质量分析并准直以提供用于注入一个或多个工件的经质量分析的带状束。该系统提供对称的束路径，通过所述路径初始的和经过分析的束的带状束剖面(包括宽高比在内)几乎相同。在这点上，通过束线行进的离子遇到等距的轨道，从而束中的每个离子的行进距离与其它离子相同。在一个实例中，束线系统包括两个相似的磁体，其中第一磁体质量分析带状束以提供中间的经质量分析的离子束，且第二磁体将该中间束准直以向终端台提供均匀的经质量分析的带状束。对称系统为横跨细长的束宽度的离子提供等距离的束轨道，从而减轻了通过该系统的束输运中的非线性，使得产生的经质量分析的束具有均匀高度。根据本专利技术的一个方面，提供了使用离子束注入一个或多个工件的离子注入系统。该系统包括离子源、包括质量分析仪的束线系统、和终端台，所述终端台是用于支撑和/或平移一个或多个工件的一系列或者成批的注入台。离子源产生沿纵向束路径的细长的或带状离子束，所述路径具有大的横向宽度与高度的宽高比。质量分析仪接收该细长的离子束并且将该束聚焦到对应于分辨孔的狭缝。因此具有不同质量的离子被该孔阻挡，从而仅提供具有期望质量的离子。在本专利技术的一个实施例中，束线系统包括沿束路径放置的第一和第二通常相似的磁体，诸如电磁体，其中第一磁体质量分析来自离子源的束，且第二磁体准直或者定形所产生的中间的经质量分析的束以提供具有相似或者对应宽度和宽高比的带状束到输入束，该输入束然后在终端台被分到工件上。第一磁体为来自离子源的细长离子束提供第一磁场以将具有期望质量的各个离子沿着该路径引导，并且将不具有期望质量的离子偏转离开该路径。可以在第一磁体的下游提供分辨孔，以便选择性地只将具有期望质量的离子传递到第二磁体。第二磁体为沿着该路径的具有期望质量的离子提供第二磁场，以将所述离子作为经质量分析的细长离子束引导到终端台，所述离子束的宽高比基本与离子源的相似。因此，第一和第二磁场以对称的方式工作，以通过离子源和终端台之间的通常相等的距离将具有期望质量的各个离子引导到终端台。该系统还包括限定束腔(beam cavity)的束导(beamguide)，离子束通过所述束腔从入口端行进到出口端；四极磁体，靠近分辨孔放置以加强束导内的束限制和整体性。也可以沿束路径的至少一部分提供多尖磁场，其通过束本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用离子束注入一个或多个工件的离子注入系统，包括：产生沿纵向路径的细长离子束的离子源，该离子束包括定义第一宽高比的横向宽度和横向高度，其中横向宽度大于横向高度，该第一宽高比包括该横向宽度和该横向高度之比；束线系统，包括沿 该路径位于离子源下游的质量分析仪以接收细长离子束，该质量分析仪提供横跨该路径的磁场，以便根据质量以不同轨道将离子从离子束偏转，从而提供包括具有期望质量的离子的经质量分析的细长离子束，该经质量分析的离子束包括基本类似于第一宽高比的第二宽高比；以及终端台，从束线系统接收经质量分析的离子束，并且沿该路径支撑至少一个工件用于使用经质量分析的离子束的注入。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2002-7-31 10/210,1241.一种使用离子束注入一个或多个工件的离子注入系统，包括产生沿纵向路径的细长离子束的离子源，该离子束包括定义第一宽高比的横向宽度和横向高度，其中横向宽度大于横向高度，该第一宽高比包括该横向宽度和该横向高度之比；束线系统，包括沿该路径位于离子源下游的质量分析仪以接收细长离子束，该质量分析仪提供横跨该路径的磁场，以便根据质量以不同轨道将离子从离子束偏转，从而提供包括具有期望质量的离子的经质量分析的细长离子束，该经质量分析的离子束包括基本类似于第一宽高比的第二宽高比；以及终端台，从束线系统接收经质量分析的离子束，并且沿该路径支撑至少一个工件用于使用经质量分析的离子束的注入。2.权利要求1的离子注入系统，其中束线系统包括第一磁体，向来自离子源的细长离子束提供第一磁场，该第一磁场用于将具有期望质量的各个离子沿该路径引导，并且使不具有期望质量的离子偏离该路径；以及沿该路径位于第一磁体下游的第二磁体，该第二磁体向沿着第一磁体和终端台之间路径的具有期望质量的离子提供第二磁场，该第二磁场用于将具有期望质量的各个离子作为经质量分析的细长离子束引导到终端台，该离子束包括基本类似于第一宽高比的第二宽高比。3.权利要求2的离子注入系统，其中第一和第二磁体提供第一和第二磁场以便将横跨离子源处的离子束宽度上的具有期望质量的各个离子引导到终端台，使得具有期望质量的各个离子在离子源和终端台之间大概行进相同的距离。4.权利要求2的离子注入系统，其中第一磁体包括质量分析仪磁体，且第二磁体包括准直器磁体。5.权利要求2的离子注入系统，其中第一和第二磁体基本相互类似。6.权利要求3的离子注入系统，其中靠近离子源的细长离子束的横向宽度大约为400mm，且其中经质量分析的细长离子束在终端台附近包括约400mm的横向宽度。7.权利要求1的离子注入系统，其中靠近离子源的细长离子束的横向宽度大约为400mm，且其中经质量分析的细长离子束在终端台附近包括约400mm的横向宽度。8.权利要求1的离子注入系统，其中质量分析仪包括沿该路径放置的束导，该束导定义束腔，离子束通过所述束腔从入口端行进到出口端，其中该质量分析仪贯穿该束导的至少一部分提供横跨该路径的磁场，以将入口端处的横跨离子束宽度上的具有期望质量的各个离子通过该束导引导到出口端，使得具有期望质量的各个离子在束导的入口和出口端之间行进大概相等的距离。9.权利要求8的离子注入系统，其中质量分析仪包括第一和第二磁体，且束导包括沿该路径在第一和第二磁体之间的分辨孔；其中第一磁体靠近束导的入口端放置以在入口端和分辨孔之间提供沿该路径的第一磁场，以便根据质量以不同轨道偏转离子束中的离子，该第一磁场用于将具有期望质量的各个离子通过分辨孔沿该路径引导，以及用于将不具有期望质量的离子偏离该孔；其中分辨孔沿该路径位于第一磁体的下游，并包括定义分辨孔宽高比的横向宽度和横向高度，该分辨孔宽高比不同于第一和第二宽高比；以及其中第二磁体沿该路径位于束导的出口端，用于接收通过分辨孔行进的具有期望质量的离子，该第二磁体在分辨孔和出口端之间提供沿该路径的第二磁场，该第二磁场用于将来自分辨孔的具有期望质量的各个离子引导到沿该路径的出口端，以便提供包括基本与第一宽高比相似的第二宽高比的经质量分析的离子束。10.权利要求9的离子注入系统，其中第一和第二磁体提供第一和第二磁场以便将横跨离子源处的离子束宽度上的具有期望质量的各个离子引导到终端台，使得具有期望质量的各个离子在离子源和终端台之间大概行进相同的距离。11.权利要求9的离子注入系统，其中第一磁体包括质量分析仪磁体，且第二磁体包括准直器磁体。12.权利要求9的离子注入系统，其中第一和第二磁体基本相互类似。13.权利要求9的离子注入系统，其中靠近离子源的细长离子束的横向宽度大约为400mm，且其中经质量分析的细长离子束在终端台附近包括约400mm的横向宽度。14.权利要求9的离子注入系统，其中终端台还包括束分布探测器，用于在终端台检测与经质量分析的细长离子束相关的密度分布，且其中离子束还包括束分布控制装置，用于根据在终端台检测到的与经质量分析的细长离子束相关的密度分布，调整与靠近离子源的细长离子束相关的密度分布。15.权利要求14的离子注入系统，其中束分布探测器包括位于终端台的多个法拉第杯，以便检测与经质量分析的细长离子束相关的实际密...

【专利技术属性】
技术研发人员：V本维尼斯特，
申请(专利权)人：艾克塞利斯技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]