衬底注入方法以及实施该方法的离子注入器技术

注入器提供对衬底的相对于注入射束的二维扫描，使得射束在衬底上画出扫描线的栅格。在离开衬底的转折点对射束电流进行测量，并且电流值被用来控制随后的快速扫描速度，以补偿射束电流的任何变化对慢速扫描方向上的剂量均匀性的影响。该扫描可以产生不相交的、均匀间隔的平行扫描线的栅格，并且线之间的间距被选择以确保适当的剂量均匀性。（*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】
本专利技术涉及对衬底进行注入的方法，其中衬底与注入射束之间的相对移动被控制，以在衬底表面上将所注入的核素维持在理想的且均匀的剂量。本专利技术还涉及适合于实施该方法的离子注入器。
技术介绍
在通常的离子注入器中，横截面较小的所希望的核素的离子束相对于对要被注入的衬底而扫描，衬底通常是半导体晶片。射束可以相对于静止的晶片在两维中横向扫描，或晶片可以相对于静止的射束在两维中横向扫描。也存在混合扫描技术，即射束在一维中扫描，而晶片在通常正交的第二方向上机械扫描。各种技术都有优缺点。对于半导体晶片的批量处理，一批晶片可以被安装在转轮上，轮的转轴然后可以来回扫描，以提供晶片穿过静止射束的二维机械扫描。在美国专利No.5,389,793中描述了这种批量注入器的例子。单晶片注入器能够使用上面概述的混合机械和静电或电磁射束的扫描。在我们共同受让的美国专利No.5,898,179中描述了这样的机构。这里，离子束在垂直于离子注入器射束轴的第一方向上电磁扫描，而晶片在通常正交的第二方向上机械地移动。在注入操作中重要的是要确保被注入到半导体晶片或其他衬底中的所希望的核素总的剂量具有在整个衬底表面上理想水平的剂量均匀性。在上述批量类型的注入器中，这可以通过高速旋转注入转轮并且来回扫描轮轴，使得被安装在轮上的晶片在注入过程中多次穿过射束。同样在上面提到的混合单晶片注入器中，与要被注入的晶片的机械移动相比，通过以较高速度进行静电或电磁射束扫描，保持了剂量均匀性。通过控制该机械运动的速度，保证在晶片机械运动的方向中晶片表面上的剂量均匀性，但是机械运动总是比射束扫描速度慢得多。专利技术内容本专利技术实施例的一个目的是提供新的扫描算法，该算法能够提供特定的优点，这将从以下说明中变得清楚。因此，本专利技术提供了一种对衬底注入的方法，包括a)产生具有可测量通量的所希望原子核素的注入射束，b)在衬底和射束之间进行如下两者的相对移动(i)在垂直于射束方向的第一方向上，以产生射束在衬底上的至少一次通过，(ii)在垂直于射束方向和所述第一方向的第二方向上，以在每次所述通过期间，产生射束在衬底上的多次扫描，由此，所述扫描在衬底上画出中点在所述第一方向上具有预定间隔的线的栅格。扫描被安排为延伸超出衬底的边缘到没有射束通量被衬底吸收的位置。在这些位置测量所述射束通量，并且响应于先前所测量的射束通量调节在衬底上的下一次所述扫描的速度。速度调节足以充分补偿在通过期间射束电流的变化，使得该调节维持所述原子核素在衬底上每单位扫描长度的理想的衬底注入率。但是，速度调节可以只部分地补偿，并且也可以进行其他的调节，比如对线中点之间的间隔和/或对射束电流本身的调节。在该方法中，在第一方向上的移动可以被称为射束与衬底之间的慢速扫描，在第二方向上的移动可以被称为快速扫描。优选地，慢速扫描移动被维持以确保由快速扫描在衬底上画出的栅格线具有被均匀间隔开的中点。然后根据所测量的射束通量，通过调节快速扫描速度，在扫描之间控制由每次快速扫描所输送的每单位长度的剂量。本专利技术可以使用在慢速扫描方向上的衬底和射束之间的连续相对移动，在衬底上产生折线或锯齿状扫描图案而被应用。但是，如果在衬底上画出不相交的均匀间隔的基本平行的线的栅格，则能够获得更好的结果。即使在所述第一方向上射束在衬底上的单次通过，也能够在衬底上获良好的剂量均匀性。同样重要的是，即使在所述第二方向上射束的快速扫描本身与使用电磁/静电射束扫描系统所能获得的扫描速率相比相对较慢，也可以获得良好的剂量均匀性。于是，该方法在单晶片机械扫描系统中有着特别的应用，其中晶片相对于射束的快速扫描是通过晶片夹具上的晶片往复机械移动获得的。使用往复机械扫描系统，晶片能够往复通过注入射束的最高速率受到限制。于是，使用具有预定通量的希望要注入的原子核素的注入射束，随着射束单次横向通过该面积，在扫描路径中被输送到衬底每单位面积的剂量要高得多。所以，连续相继扫描之间的间隔，特别是由扫描系统形成的栅格线间的间隔趋于变大。根据就在扫描前所测量的射束通量，控制这样的扫描系统中每次快速扫描的速度，确保每次快速扫描以相同的每单位扫描长度的注入率将剂量输送到晶片上，使得被均匀间隔开的扫描在慢速扫描中输送均匀的剂量。优选的是，在所述第二方向上衬底和射束之间的所述相对移动是由平行于所述第二方向的对衬底的机械扫描而产生的，并且在所述第一方向上的所述相对移动是由在扫描间平行于所述第一方向将所述衬底机械平移均匀的距离而产生的。本专利技术还提供一种对衬底注入的方法，包括以下步骤a)产生具有预定射束通量的所希望原子核素的注入射束，b)平行于与射束方向垂直的第一方向，机械平移衬底，以产生射束在衬底上的至少一次通过，c)平行于与射束方向和所述第一方向垂直的第二方向，机械往复移动衬底，以在每次所述通过期间产生射束在衬底上的多次扫描，由此，所述扫描在衬底上画出中点在所述第一方向上具有预定间隔的线的栅格，以及d)控制所述机械平移的步长，以选择栅格线的所述中点的所述间隔，使得所述栅格在所述第一方向上提供所述原子核素的被注入剂量在衬底上的理想的均匀性。这种二维机械扫描过程使得能够使用相对简单的射束线对晶片单个地(即，不是在批量处理中)注入，而不用比如上面所讨论的混合扫描单晶片注入器中所用的射束扫描系统。因为晶片的往复机械扫描可能与电学射束扫描相比相对较慢，所以射束对衬底的相对少的扫描被要求将所需要的由工艺配方规定的原子核素的剂量输送到衬底。这暗含着由扫描过程所产生的单个的栅格的线可以以离子束宽度的主要部分被间隔开。同样，完整的注入可以仅需要射束在衬底上的少量次数的通过(在上述与机械往复方向，即第二方向，垂直的第一方向上)。上面提出的本专利技术的方法保证了栅格线的间隔仍然在衬底上提供了理想的剂量均匀性。同样，如果扫描在衬底中画出不相交的均匀间隔的基本上平行的线的栅格，则将得到最好的结果，这种栅格线可以通过在所述第一方向上在各对相继扫描之间使用多个平移步长获得。上述控制步骤可以包括至少在所述第一方向上测量离子束的横截面分布，从所述分布计算提供所述理想的均匀性的所述中点的所述间隔的最大值，并调节机械平移步长，以选择不超过所述最大值的所述间隔。用于从所述测得分布计算提供了理想的均匀性的栅格线间隔最大值的技术，将在下面本专利技术的例子的描述中进行更加详细的说明。替代地或者另外地，控制步骤可以包括测量上述横截面分布，从包括所述射束通量、所述机械往复的速度以及理想的被注入的衬底每单位面积的剂量来计算所述均匀的栅格线间隔的理想的值，然后使用所述被测量的离子束横截面分布来计算在所计算的理想间隔值处将获得的剂量均匀性，并且仅在所述计算的均匀性不比理想的均匀性差时，选择所述理想的间隔作为要使用的间隔。将会理解的是，给定所希望原子核素的预定射束通量以及已知的扫描速率，能够计算例如使用衬底四次通过射束时向衬底提供注入配方剂量所需的栅格线间隔。但是，用于获得理想配方剂量的这种理想栅格线间隔，仅仅在它产生理想的剂量均匀性时才被用于注入。如果所计算的均匀性比理想的均匀性要差，则可以将射束通量以及由此的线间隔减少到一个水平，在该水平，所述计算的剂量均匀性不再比所述理想的均匀性差。替代地或者同样地，可以采取步骤来改善所测量的射束分布的空间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对衬底注入的方法，包括：　　　　ａ）产生具有可测量通量的所希望原子核素的注入射束，　　　　ｂ）在衬底和射束之间进行如下两者的相对移动；（ｉ）在垂直于射束方向的第一方向上，以产生射束在衬底上的至少一次通过，（ｉｉ）在垂直于射束方向和所述第一方向的第二方向上，以在每次所述通过期间，产生射束在衬底上的多次扫描，由此，所述扫描在衬底上画出中点在所述第一方向上具有预定间隔的线的栅格，所述扫描延伸超出衬底的边缘到没有射束通量被衬底吸收的位置，　　　　ｃ）在所述位置测量所述射束通量，以及ｄ）响应于先前所测量的射束通量，调节在衬底上的下一次所述扫描的速度，以至少部分补偿在所述通过期间射束电流的改变对所述第一方向上的剂量均匀性的影响。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿德里安默雷尔，伯纳德哈里森，彼得爱德华兹，彼得金德斯利，逆濑卓郎，马文法利，佐藤修，杰弗里吕丁，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]