[發明專利]離子注入系統及方法

有效

• 申請號: 201010157013.1
• 申請日: 2010-03-18
• 公開（公告）號: CN102194637A
• 公開（公告）日: 2011-09-21
• 發明（設計）人: 陳炯
• 申請（專利權）人: 上海凱世通半導體有限公司
• 主分類號: H01J37/317
• 分類號: H01J37/317
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 薛琦;朱水平

技術領域

本發明涉及一種離子注入系統，特別是涉及一種離子注入系統及方法。

背景技術

離子注入法用于把通常稱之為雜質的原子或分子引入靶標基片，從而改變基片材料的性能。離子注入法不但是現代集成電路制造業中使用的一種常規工藝過程，其還可以用于平面顯示器等光學器件或顯示設備的制造，以及厚度可控、表面性能預定的薄膜沉積等等。

在某些應用場合下，特別是在以300mm或450mm的晶片甚至更大的基片作為注入靶標的情況下，較佳地采用帶狀離子束來進行注入。圖1和圖2所示均為現有的采用帶狀離子束進行注入的離子注入系統。在圖1的離子注入系統中，一離子源和一引出裝置1’生成發散的離子束，該發散的離子束在經過一質量分析磁鐵2’的選擇之后，被一磁透鏡3’校準。在圖2的離子注入系統中，由一離子源和一引出裝置生成的發散離子束在經過一質量分析磁鐵2”的選擇之后，被兩個校準器31”、32”校準。所謂的帶狀離子束是指，該離子束橫截面的高寬比非常大，即其橫截面的某一維度(在圖1和圖2中均為縱向)的尺寸要比其它維度的尺寸大得多，以至于在注入工位處該離子束的分布已經能夠在例如縱向上覆蓋整個待加工工件。由此，在上述兩種離子注入系統中，只需將硅晶片或平面顯示器等待加工工件沿著例如水平方向進行一維移動或掃描，便能夠完成對其整個表面的離子注入過程。但是，為了在工件上獲得均勻的離子注入劑量，該帶狀離子束在例如縱向上的強度分布必須被調整至一定的均勻度，這通常通過把一部分離子束從高密度區域移動至低密度區域來實現。然而，上述調整方法雖然能夠保證離子束強度分布的均勻性，但是卻損失了離子束的角度分布均勻性，這對先進的集成電路制造過程而言是不利的。

利用圖2所示的離子注入系統還能夠進行束斑狀離子束的注入，該注入方式如圖3所示，由一離子源和一引出裝置生成的發散離子束在經過一質量分析磁鐵2”的選擇之后，被兩個校準器31”、32”校準；與圖2所示的情況不同的是，此時對兩個校準器31”、32”進行不同的參數設置，使得當離子束到達注入工位時，其橫截面的尺寸小于工件的尺寸，即該離子束將在工件上形成一束斑，然后通過將工件進行水平、垂直二維掃描，往復穿過該離子束來完成離子注入。

由于離子束與為了調整離子束的密度和角度均勻度而施加的磁場之間存在著復雜的相互作用，因此上述的種種離子注入方法均會產生嚴重的工藝問題，并由此導致整個離子注入系統的成本增加，并且還不得不采用更為復雜的工藝流程來實現離子注入的制程要求。特別地，由于上述系統的離子束傳輸路徑比較長，在低能量、高束流的注入條件下，對離子束的均勻性控制以及對離子束內的角度偏差的控制便會變得越來越困難。

另外，在許多應用場合中都非常希望在離子能量低至200eV的情況下，也能夠獲得強度為幾個毫安的束流。最高的束流流強一般是通過在到達目標靶標之前對離子束進行減速來獲得的。然而，這種作法存在著以下缺陷：減速勢必會引起離子軌跡的改變，從而導致角度誤差的擴大，因此在采用經過掃描的離子束來進行注入的情況下，會使得對離子束的角度均勻性和劑量均勻性的控制變得更加困難。

因此，上述的各種離子注入系統均不適用于在采用高束流、高劑量并且具有角度均勻性的離子束的情況下來執行單晶圓工藝(即一次處理一片晶圓)。

發明內容

本發明要解決的技術問題是為了克服現有技術中的離子注入方式難以同時保證束流的劑量均勻性和角度均勻性，且成本較高、工藝復雜的缺陷，提供一種能夠同時實現束流的劑量均勻性以及角度均勻性，且成本較低、工藝簡潔的離子注入系統及方法。

本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的：一種離子注入系統，其特點在于，其包括：一離子源和一引出裝置，該引出裝置用于從該離子源引出會聚的離子束；在該離子束的傳輸路徑上依次設有：一質量分析磁鐵，用于從該離子束中選擇一預設荷質比范圍內的離子束；一校正磁鐵，用于校準該預設荷質比范圍內的離子束；一工件掃描裝置，用于使工件穿過該預設荷質比范圍內的離子束以進行離子注入；該系統還包括：一設于該校正磁鐵上游的掃描磁鐵，用于掃描通過的離子束，以使注入工位處的該預設能量范圍內的離子束在離子束掃描方向上的分布覆蓋該工件，其中，離子束的掃描速度遠大于工件的掃描速度，且離子束的掃描方向與工件的掃描方向相垂直；一設于注入工位處的束流測量裝置，用于在離子束的掃描方向上測量束流的強度分布和角度分布。

較佳地，該掃描磁鐵設于該引出裝置與該質量分析磁鐵之間的離子束傳輸路徑上。

較佳地，該掃描磁鐵設于該質量分析磁鐵與該校正磁鐵之間的離子束傳輸路徑上。