[發明專利]離子束角度處理控制的技術

有效

• 申請號: 200680019506.0
• 申請日: 2006-06-07
• 公開（公告）號: CN101189699A
• 公開（公告）日: 2008-05-28
• 發明（設計）人: 阿塔爾·古普塔;約瑟·C·歐爾森
• 申請（專利權）人: 瓦里安半導體設備公司
• 主分類號: H01J37/317
• 分類號: H01J37/317;H01J37/304
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司
• 代理人: 左一平

技術領域

本揭露內容大體關于半導體設備，且更明確地說，關于離子束角度處理控制的技術。

背景技術

離子注入是借由以受激離子直接轟擊基板而將化學物質沉積至基板上的處理。在半導體制造中，離子注入機主要用于改變目標材料的傳導率的類型及電壓的摻雜處理。一集成電路(IC)基板及其薄膜結構中的精確摻雜分布通常對適當IC效能至關重要。為了達成一所要摻雜分布，可以不同劑量及不同能階注入一種或多種離子物質。離子物質、劑量及能量的規格被稱作離子注入配方。

圖1描繪一先前技術的離子注入機系統100。如對于多數離子注入機系統而言為典型，系統100置于一高度真空的環境中。離子注入機系統100可包括一離子源102及一離子束10穿過的一復雜連串的組件。連串組件可(例如)包含一提取操縱器104、一過濾器磁石106、一加速或減速柱108、一分析器磁石110、一旋轉質量狹縫112、一掃描器114以及一修正器磁石116。與操縱一光束的一連串光學透鏡很相似，離子注入機組件可在將離子束10朝向一目標基板118引導前過濾且聚焦離子束10。出于說明的目的，此等組件通常被稱作“光束線元件”。

在生產中，通常以一離子束掃描半導體晶圓。舉例而言，如圖2中所說明，當一連串晶圓204沿線20流動且穿過帶狀離子束202時，帶狀離子束202可保持為靜止?；蛘撸鐖D3中所說明，可在形成一光束路徑30的兩個端點308與310之間來回掃描一點束302，同時一連串晶圓304可沿線32流過光束路徑30。如下文中所使用，一離子束的“掃描”意指一離子束相對于一晶圓或基板表面的相對運動。

在一傳統離子注入機系統中，一離子束通常經調諧以在一基板表面上具有一指定入射角，且通常最小化或簡單地忽略單一離子束的入射角的任何分布。然而，實際上，離子束并非總以指定角度精確地撞擊一目標基板，且離子束通常具有一不可忽略的有限角度擴散。如圖4a所示，一帶狀離子束400通常包括多個細光束(beamlet)404。歸因于光束發射度及/或散度，細光束404可以不同入射角撞擊一基板表面402。因此，基板表面402暴露于離子束入射角的一固有分布中。另外，舉例而言，如圖4b所示，歸因于空間電荷效應，每一細光束404也可具有入射角的一固有分布。意即，形成細光束的離子在一平均方向上行進，但根據一類似高斯(Gaussian)的分布圍繞平均方向散開。類似地，一典型點束也可具有一固有角度擴散，且歸因于光束引導誤差，點束可能無法以精確的指定入射角撞擊其目標。

離子束入射角及固有角度擴散可引起離子注入處理中的角度變化。通常存在三種類型的角度變化，其原因及結果分別說明于圖5至圖7中。

圖5a及圖5b說明晶圓至晶圓(或晶圓間)角度變化，其中晶圓502及504是基于同一離子注入機系統中的同一配方進行獨立處理的不同晶圓。歸因于離子注入機系統的配置中的小差異及/或光束引導誤差，晶圓502可注入有一以第一角度θ入射的離子束50，而晶圓504可注入有一以第二角度θ′入射的離子束52，其中θ′≠θ。θ及θ′是相對于晶圓表面的標稱方向所測量的“角度誤差”。在以下描述中，角度誤差展示為相對于晶圓表面的正入射角而進行測量的。然而，一般而言，此種角度誤差可相對于任何預定角度進行測量。角度誤差通常影響晶圓502及504上的所有結構，且角度差異可引起裝置效能的晶圓至晶圓變化。離子束50及52也可具有可引起兩個晶圓之間的額外摻雜變化的不同固有角度擴散。

圖6說明晶圓內部(或晶圓內)角度變化，其中，舉例而言，歸因于離子束60內部的固有角度擴散，晶圓602的不同部分可經歷不同的離子束入射角(θ₁、θ₂及θ₃等)?；蛘?，具有一不規則表面(例如，凹或凸表面)的一晶圓可具有顯著的晶圓內角度變化，甚至當其暴露于一完全平行的離子束(意即，具有零角度擴散的一離子束)中時。盡管(例如)借由掃描離子束穿過晶圓而將光束電流非均一性加以平均，但是基板的不同部分中的離子束入射角可保持為未受控制的，以使得角度擴散局部地變窄(意即，在基板的任何部分處)，但仍隨著位置的不同而變化。對于位于同一晶圓的不同部分中的裝置而言，此種晶圓內角度變化可引起顯著的效能變化。