CN102201321A - 离子注入系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种离子注入系统，其包括：一离子源和一引出装置，一质量分析磁铁，一第一加速减速装置，一偏转磁铁，一第二加速减速装置，一工件扫描装置；该偏转磁铁使该预设荷质比范围内的离子束发散；该系统还包括一设于该偏转磁铁与该第二加速减速装置之间的校正磁铁，用于将被该偏转磁铁偏转并发散的该预设荷质比范围内的离子束校正至预设注入角度。本发明还公开了一种利用上述离子注入系统实现的离子注入方法。本发明可以提高对较大尺寸的晶圆工件进行注入时的剂量均匀性，从而提高生产效率，并且还可以极大地节省对整个离子注入系统进行全面升级而耗费的成本。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种离子注入系统及方法。
背景技术
离子注入工艺用来把通常称之为杂质的原子或分子引入靶标基片，从而改变基片材料的物理和化学性能。尤其令人感兴趣的是，利用离子注入工艺在单晶或多晶硅中掺杂，是制造现代集成电路的一种常规工艺过程。由于半导体产品的生产已经逐渐趋向较大的晶圆(从8英寸到12英寸，而现在已在向18英寸发展)，单晶圆工艺(一次处理一片晶圆)最近已被广泛地采用。然而，晶圆工件越大，注入所耗费的时间就越长，同时，要想达到一定的注入剂量均匀性和注入角度均匀性也就变得越来越困难。
图1所示为美国专利US6,998,625所描述的Varian公司设计的离子注入系统，该离子注入系统包括一离子源和一引出装置1、一质量分析磁铁2、一第一加速减速装置3、一偏转磁铁4、一第二加速减速装置5以及一工件扫描装置。该引出装置从该离子源引出一离子束，在该离子束的传输路径上依次地：该质量分析磁铁2从该离子束中选出一预设荷质比范围内的离子束；该第一加速减速装置3使该预设荷质比范围内的离子束加速或减速至一预设中间能量；该偏转磁铁4偏转该预设荷质比范围内的离子束；该第二加速减速装置5使该预设荷质比范围内的离子束加速或减速至预设注入能量；最后，该工件扫描装置使工件6以扫描的方式穿过该预设荷质比范围内的离子束，从而完成对该工件6的离子注入。其中，在Varian公司的该离子注入系统中，参见图1，为了确保注入的剂量均匀性和角度均匀性，需要对该偏转磁铁4的电流进行适当的设定，使得束流在经过该偏转磁铁4之后，被偏转至沿预设注入角度平行传输，并在经由该第二加速减速装置被加速或减速至预设注入能量后，最终入射至该工件6的表面。
然而，受到该偏转磁铁4的物理设计以及系统空间的限制，上述的该离子注入系统在注入工位处实现的束流分布宽度有限，因此考虑到注入剂量均匀性的要求，该系统仅适用于对300mm及以下的晶圆工件进行离子注入，并且很难直接升级到针对400mm及以上的晶圆工件的离子注入应用场合。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的离子注入系统难以适用于对较大尺寸的晶圆工件进行离子注入的缺陷，提供一种适用于较大尺寸的晶圆工件的离子注入系统及方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种离子注入系统，其包括：一离子源和一引出装置，该引出装置用于从该离子源引出一离子束；在该离子束的传输路径上依次设有：一质量分析磁铁，用于从该离子束中选出一预设荷质比范围内的离子束；一第一加速减速装置，用于使该预设荷质比范围内的离子束加速或减速至一预设中间能量；一偏转磁铁，用于偏转该预设荷质比范围内的离子束；一第二加速减速装置，用于使该预设荷质比范围内的离子束加速或减速至预设注入能量；一工件扫描装置，用于使工件扫描穿过该预设荷质比范围内的离子束，以进行离子注入；其特点在于，该偏转磁铁使该预设荷质比范围内的离子束发散；该系统还包括一设于该偏转磁铁与该第二加速减速装置之间的校正磁铁，用于将被该偏转磁铁偏转并发散的该预设荷质比范围内的离子束校正至预设注入角度。
较佳地，该校正磁铁为杆状四极磁铁或二极磁铁。
较佳地，该校正磁铁用于将被该偏转磁铁偏转并发散的该预设荷质比范围内的离子束校正至沿预设注入角度平行传输。
较佳地，该偏转磁铁用于在该质量分析磁铁的聚集维度上偏转并发散该预设荷质比范围内的离子束，该校正磁铁用于在该质量分析磁铁的聚集维度上将被该偏转磁铁偏转并发散的该预设荷质比范围内的离子束校正至预设注入角度。
较佳地，该质量分析磁铁内设有一组小磁极，用于调节束流的分布和角度。
较佳地，该偏转磁铁内设有一组小磁极，用于调节束流的分布和角度。
较佳地，该偏转磁铁为二极磁铁。
较佳地，该系统还包括一设于注入工位处的束流诊断装置，用于测量束流的强度分布和角度分布，并将测量数据反馈至一用于根据该些测量数据控制该离子注入系统的控制单元。
本发明的另一技术方案为：一种利用上述离子注入系统实现的离子注入方法，其特点在于，该方法包括以下步骤：S1、利用该引出装置从该离子源引出该离子束；S2、利用该质量分析磁铁从该离子束中选出一预设荷质比范围内的离子束；S3、利用该第一加速减速装置使该预设荷质比范围内的离子束加速或减速至该预设中间能量；S4、利用该偏转磁铁偏转并发散该预设荷质比范围内的离子束；S5、利用该校正磁铁将被该偏转磁铁偏转并发散的该预设荷质比范围内的离子束校正至预设注入角度；S6、利用该第二加速减速装置使该预设荷质比范围内的离子束加速或减速至预设注入能量；S7、利用该工件扫描装置使工件扫描穿过该预设荷质比范围内的离子束，以进行离子注入。
较佳地，利用该校正磁铁将被该偏转磁铁偏转并发散的该预设荷质比范围内的离子束校正至沿预设注入角度平行传输。
较佳地，利用该偏转磁铁在该质量分析磁铁的聚集维度上偏转并发散该预设荷质比范围内的离子束，利用该校正磁铁在该质量分析磁铁的聚集维度上将被该偏转磁铁偏转并发散的该预设荷质比范围内的离子束校正至预设注入角度。
较佳地，该质量分析磁铁内设有一组小磁极，通过调节该组小磁极的位置来调节束流的分布和角度。
较佳地，该偏转磁铁内设有一组小磁极，通过调节该组小磁极的位置来调节束流的分布和角度。
较佳地，该系统还包括一设于注入工位处的束流诊断装置，利用该束流诊断装置测量束流的强度分布和角度分布，并将测量数据反馈至一控制单元，该控制单元根据该些测量数据控制该离子注入系统。
本发明的积极进步效果在于：本发明在现有的离子注入系统的基础上，首先改进了经过偏转磁铁之后的束流状态，使其以发散状态传输，而后又在偏转磁铁与第二加速减速装置之间增设了一校正磁铁，通过该校正磁铁将发散传输的束流校正至沿预设注入角度平行传输。相比于现有的离子注入系统，由于束流在偏转磁铁与校正磁铁之间经历了一段距离的发散传输，因此便可以在注入工位处获得更宽的束流分布宽度，该加宽的束流分布宽度有助于提高对较大尺寸的晶圆工件进行注入时的剂量均匀性，从而提高离子注入的生产效率。另外，由于本发明的该离子注入系统是通过对现有系统进行直接的结构改进而获得的，因此其不但能够在保留现有系统的全部工艺优点的前提下，进一步地实现对较大尺寸的晶圆工件的离子注入，还可以极大地节省对整个离子注入系统进行全面升级而耗费的成本。
附图说明
图1为现有的离子注入系统的结构示意图。
图2为本发明的离子注入系统的第一实施例的结构示意图。
图3为本发明的离子注入系统的第二实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
如图2和图3所示，与现有系统类似地，本发明的该离子注入系统包括一离子源和一引出装置1，该引出装置用于从该离子源引出一离子束。在该离子束的传输路径上，本发明的该离子注入系统还依次设有：一质量分析磁铁2，用于将束流偏转90°左右，以从中选出一预设荷质比范围内的离子束，此外，还可以较佳地在该质量分析磁铁2中设置一组由电机驱动的小磁极，通过调节该组小磁极的位置，便可以实现对通过该质量分析磁铁2的束流的分布状态以及传输角度的微调；一第一加速减速装置3，用于使该预设荷质比范围内的离子束加速或减速至一预设中间能量(根据实际制程需要进行设定)；一偏转磁铁4，该偏转磁铁4可以在该质量分析磁铁2的聚集维度上偏转该预设荷质比范围内的离子束，以实现对束流传输角度的第一次调整，其中该偏转磁铁4可以采用二极磁铁实现，此外，还可以较佳地在该偏转磁铁4中同样设置一组由电机驱动的小磁极，通过调节该组小磁极的位置，便可以实现对通过该偏转磁铁4的束流的分布状态以及传输角度的微调；一第二加速减速装置5，用于使该预设荷质比范围内的离子束加速或减速至预设的最终注入能量；一工件扫描装置，用于以扫描的方式使工件6穿过该预设荷质比范围内的离子束，以进行离子注入。
然而，本发明的该离子注入系统与现有系统的不同之处主要在于以下两个方面。第一，本发明改进了束流在经过偏转磁铁4之后的传输状态，使其以发散状态传输，这可以通过在不改变质量分析磁铁2和偏转磁铁4的电流参数的情况下，改变第一加速减速装置3以及位于束流焦点处的质量分析孔(图中未示)的位置来实现，也可以通过在不改变质量分析磁铁2的电流参数、也不改变第一加速减速装置3以及质量分析孔的位置的情况下，改变偏转磁铁4的电流参数来实现。第二，本发明在偏转磁铁4与第二加速减速装置5之间增设了一校正磁铁7，通过该校正磁铁7在质量分析磁铁2的聚集维度上将经过偏转的发散束流校正至预设的最终注入角度，并且使得束流在注入工位处满足预设的注入位置，同时该校正磁铁7也对束流的分布状态进行一定的调整，使其满足预设的最终注入分布，例如沿预设的最终注入角度平行传输。相比于现有的离子注入系统，由于束流在偏转磁铁4与校正磁铁7之间经历了一段距离的发散传输，因此便可以在注入工位处获得更宽的束流分布宽度，该加宽的束流分布宽度有助于提高对较大尺寸(400mm或以上)的晶圆工件进行注入时的剂量均匀性，从而提高离子注入的生产效率。其中，该校正磁铁可以采用二极磁铁或杆状四极磁铁实现，图2所示的即为采用二极磁铁的第一实施例，而图3所示的即为采用杆状四极磁铁的第二实施例。当然，由于校正磁铁7之后的束流分布加宽，本发明中的该第二加速减速装置的宽度相比于现有系统中的结构也应当进行相应的加宽设计。
由此，通过对质量分析磁铁、偏转磁铁以及校正磁铁的电流进行匹配调节，便可以实现对束流的强度分布和角度分布的较佳控制，在较大的离子能量范围(几十eV到几百keV)内提高束流的利用效率，并且也可以更方便地对注入的剂量均匀性和角度均匀性进行优化。
此外，该系统还可以包括一设于注入工位处的束流诊断装置，用于测量束流的强度分布和角度分布，并将测量数据反馈至一控制单元，该控制单元则根据该些测量数据对该离子注入系统中的各个束流光学元件的参数进行调节。反复地进行上述的测量、调节，直到束流在注入工位处的强度分布和角度分布能够满足预设要求为止，之后便可以开始进行实际的注入制程。
相应地，本发明的离子注入方法包括以下步骤：
S1、利用该引出装置从该离子源引出该离子束；
S2、利用该质量分析磁铁从该离子束中选出一预设荷质比范围内的离子束；
S3、利用该第一加速减速装置使该预设荷质比范围内的离子束加速或减速至该预设中间能量；
S4、利用该偏转磁铁偏转并发散该预设荷质比范围内的离子束；
S5、利用该校正磁铁将被该偏转磁铁偏转并发散的该预设荷质比范围内的离子束校正至预设注入角度；
S6、利用该第二加速减速装置使该预设荷质比范围内的离子束加速或减速至预设注入能量；
S7、利用该工件扫描装置使工件扫描穿过该预设荷质比范围内的离子束，以进行离子注入。
综上所述，本发明的该离子注入系统可以在注入工位处获得更宽的束流分布宽度，以提高对较大尺寸的晶圆工件进行注入时的剂量均匀性，从而提高离子注入的生产效率，并且还可以极大地节省对整个离子注入系统进行全面升级而耗费的成本。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (14)
1.一种离子注入系统，其包括：
一离子源和一引出装置，该引出装置用于从该离子源引出一离子束；在该离子束的传输路径上依次设有：
一质量分析磁铁，用于从该离子束中选出一预设荷质比范围内的离子束；
一第一加速减速装置，用于使该预设荷质比范围内的离子束加速或减速至一预设中间能量；
一偏转磁铁，用于偏转该预设荷质比范围内的离子束；
一第二加速减速装置，用于使该预设荷质比范围内的离子束加速或减速至预设注入能量；
一工件扫描装置，用于使工件扫描穿过该预设荷质比范围内的离子束，以进行离子注入；
其特征在于，
该偏转磁铁使该预设荷质比范围内的离子束发散；该系统还包括一设于该偏转磁铁与该第二加速减速装置之间的校正磁铁，用于将被该偏转磁铁偏转并发散的该预设荷质比范围内的离子束校正至预设注入角度。
2.如权利要求1所述的离子注入系统，其特征在于，该校正磁铁为杆状四极磁铁或二极磁铁。
3.如权利要求2所述的离子注入系统，其特征在于，该校正磁铁用于将被该偏转磁铁偏转并发散的该预设荷质比范围内的离子束校正至沿预设注入角度平行传输。
4.如权利要求3所述的离子注入系统，其特征在于，该偏转磁铁用于在该质量分析磁铁的聚集维度上偏转并发散该预设荷质比范围内的离子束，该校正磁铁用于在该质量分析磁铁的聚集维度上将被该偏转磁铁偏转并发散的该预设荷质比范围内的离子束校正至预设注入角度。
5.如权利要求1-4中任意一项所述的离子注入系统，其特征在于，该质量分析磁铁内设有一组小磁极，用于调节束流的分布和角度。
6.如权利要求1-4中任意一项所述的离子注入系统，其特征在于，该偏转磁铁内设有一组小磁极，用于调节束流的分布和角度。
7.如权利要求1-4中任意一项所述的离子注入系统，其特征在于，该偏转磁铁为二极磁铁。
8.如权利要求1-4中任意一项所述的离子注入系统，其特征在于，该系统还包括一设于注入工位处的束流诊断装置，用于测量束流的强度分布和角度分布，并将测量数据反馈至一用于根据该些测量数据控制该离子注入系统的控制单元。
9.一种利用如权利要求1所述的离子注入系统实现的离子注入方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1、利用该引出装置从该离子源引出该离子束；
S2、利用该质量分析磁铁从该离子束中选出一预设荷质比范围内的离子束；
S3、利用该第一加速减速装置使该预设荷质比范围内的离子束加速或减速至该预设中间能量；
S4、利用该偏转磁铁偏转并发散该预设荷质比范围内的离子束；
S5、利用该校正磁铁将被该偏转磁铁偏转并发散的该预设荷质比范围内的离子束校正至预设注入角度；
S6、利用该第二加速减速装置使该预设荷质比范围内的离子束加速或减速至预设注入能量；
S7、利用该工件扫描装置使工件扫描穿过该预设荷质比范围内的离子束，以进行离子注入。
10.如权利要求9所述的离子注入方法，其特征在于，利用该校正磁铁将被该偏转磁铁偏转并发散的该预设荷质比范围内的离子束校正至沿预设注入角度平行传输。
11.如权利要求10所述的离子注入方法，其特征在于，利用该偏转磁铁在该质量分析磁铁的聚集维度上偏转并发散该预设荷质比范围内的离子束，利用该校正磁铁在该质量分析磁铁的聚集维度上将被该偏转磁铁偏转并发散的该预设荷质比范围内的离子束校正至预设注入角度。
12.如权利要求10或11所述的离子注入方法，其特征在于，该质量分析磁铁内设有一组小磁极，通过调节该组小磁极的位置来调节束流的分布和角度。
13.如权利要求10或11所述的离子注入方法，其特征在于，该偏转磁铁内设有一组小磁极，通过调节该组小磁极的位置来调节束流的分布和角度。
14.如权利要求10或11所述的离子注入方法，其特征在于，该系统还包括一设于注入工位处的束流诊断装置，利用该束流诊断装置测量束流的强度分布和角度分布，并将测量数据反馈至一控制单元，该控制单元根据该些测量数据控制该离子注入系统。
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