[發明專利]改進低能量大電流帶狀束注入機中的束中和

有效

• 申請號: 200580048222.X
• 申請日: 2005-12-20
• 公開（公告）號: CN101257944A
• 公開（公告）日: 2008-09-03
• 發明（設計）人: 肯尼思·H·珀澤;諾曼·L·特納
• 申請（專利權）人: 瓦里安半導體設備公司
• 主分類號: A61N5/00
• 分類號: A61N5/00;G21G5/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 曾祥夌;王小衡

本申請要求以下各項美國臨時專利申請的優先權：序號60/637,625，2004年12月20日提交的題為″改善低能量大電流注入機中的束中和(Improving?Beam?Neutralization?in?Low-Energy?High-Current?Implanter)″；序號60/638,848，2004年12月23日提交的題目也為″改善低能量大電流注入機中的束中和(Improving?BeamNeutralization?in?Low-Energy??High-Current?Implanter)″；序號60/642,612，2005年1月10日提交的題目也為″改善低能量大電流注入機中的束中和(Improving?Beam?Neutralization?in?Low-Energy?High-Current?Implanter)″；和序號60/645,458，2005年1月19日提交的題目也為″改善低能量大電流注入機中的束中和(Improving?BeamNeutralization?in?Low-Energy?High-Current?Implanter)″，通過引用將這些專利申請的公開內容全部包括在本文中。

技術領域

本發明涉及用于使用帶狀束的低能量大電流的離子注入的方法和設備。具體地說，本發明利用電子或負離子來提高空間電荷中和的效率，以便將空間電荷破壞性的影響減到最小。

背景技術

作為20世紀巨大成功事跡之一的注入技術已經成為在生產小規模晶體管和集成電路陣列(IC)期間使用的關鍵技術。通過允許受控引入精確濃度的許多種類的帶電攙雜劑原子和分子(包括硼、BF2、砷、磷、銦和銻)，注入技術已經使小型IC實用化。這些攙雜劑改變底層半導體材料的特性，具體地說，改變底層半導體材料的導電率。可以以非常高的精度并且在半導體表面以下任何選定的深度處實現利用注入技術的電路圖案形成，使得制造復雜的二維和三維電路成為可能的。

為了預測這種技術將來發展的方向，考察過去25年的記錄是有用的。可以看出，硅技術已經不斷地朝著溝道長度和柵極氧化物厚度的越來越小的尺寸發展，并且Moore′s觀察(通常稱為Moore′s定律)表明，在最近幾十年內，每隔12個月和18個月之間的時間，IC晶體管密度加倍。預期這種趨勢將至少繼續到另一個十年，其驅動力是生產更小更高速的器件。為了實現這樣的改善，必須既減小IC的橫向尺寸又減小IC的深度尺寸，因此，三維電路的一般開發可能成為最重要的。這已經使IC設計者把離子注入技術朝著以下方向推進：更高的攙雜劑電流、更低的注入能量和改進在工件上的入射角控制。為了將通道效應減到最小以及適當執行傾斜注入，角度控制是最重要的。總之，這種技術的將來看來是光明的，并且可以預期，在一個長時間內，我們將離不開注入技術。

由入射攙雜劑離子的能量設定注入的攙雜劑原子在半導體晶體內停止的深度。因而，在選擇注入能量方面的靈活性是成功的注入設備的最重要的特征。往往，IC制造商需要調整在～250eV和3000keV之間的任意位置的攙雜劑能量；比率超過10,000。攙雜劑束電流是另一個重要的參數：有用的攙雜劑電流可以小到1微安，但是，對于其它應用可以超過30毫安。

在較高電流電平下，攙雜劑離子之間的排斥空間電荷力開始起作用。特別是，當離子能量低時以及當帶電攙雜劑原子穿過偏轉磁場時，對帶狀束形狀造成的分裂效應是很麻煩的。所造成的束擴張可以產生對壁部來說無法接受的離子損失以及對適當運行所需的離子聚焦的損害。但是，自然界是客氣的：通過把電子和負離子引入束中；還通過使用補償非理想中和的輔助聚焦元件，抵消空間電荷力是可能的。

一種特殊類型的注入機(但不限于此)，通常稱為″大電流設備″，是本專利公開的中心課題。把這種類型的機器規定為是這樣的機器，其離子強度足夠大，使得對于適當的運行來說束中和是最重要的；為了空間電荷中和適當的運行，必須把電子或負離子加到加速的射束中。

大部分大電流注入機的特性包括：(i)短的光程長度；(ii)束橫截面尺寸往往是大的；(iii)為了空間電荷中和而引入低能量電子；(iv)在攙雜劑射束內已經捕獲的中和電子守恒；(iv)用于補償殘余分裂力和麥克斯韋電子分布的高能量電子舍項誤差的有效聚焦。