CN102915901A

CN102915901A - 离子注入装置及控制该离子注入装置的方法

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Publication number: CN102915901A
Application number: CN2011102220591A
Authority: CN
Inventors: 李法涛; 阳厚国
Original assignee: CSMC Technologies Corp
Current assignee: CSMC Technologies Corp
Priority date: 2011-08-04
Filing date: 2011-08-04
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2031-08-04
Also published as: CN102915901B

Abstract

本发明提供一种适用于平带状离子束的离子注入装置，所述装置包括产生离子束的离子源、加速离子束的加速器、安装所述晶片并控制所述晶片按照既定方向移动以被离子束扫描的终端站，其中，所述离子注入装置还包括用于根据一组输入数据对离子源所产生的离子束进行调整，从而控制晶片离子注入均匀性的控制模块。使用本发明所述的离子注入装置，可有效改善离子注入晶片中的均匀性。

Description

离子注入装置及控制该离子注入装置的方法

技术领域

本发明涉及离子注入技术，更具体地，涉及离子注入过程中对均匀性的控制。

背景技术

离子注入是近些年来在国际上蓬勃发展并获得广泛应用的一种材料表面改进技术，其基本原理是：用能量例如为100KeV量级的离子束入射到材料中，使离子束与材料中的原子或分子发生一系列物理的和化学的相互作用，入射离子逐渐损失能量，最后停留在材料中，并引起材料的表面成分、结构和性能发生变化，从而优化材料表面性能，或获得某些新的优异性能。

在半导体制程中，常以向衬底（例如硅衬底）中引入可控数量杂质的方式来改变其的电学性能。事实上，离子注入在现代晶片制造过程中有着广泛的应用。

离子注入机通常被用来向半导体衬底中注入离子。离子注入机一般包括产生离子束的离子源、从离子束中选择特定种类离子的质量分析器、使通过真空腔的选定质量的离子束指向支撑在衬底架上的靶衬底的装置。这样的离子注入装置可以例如是在公开号为CN1667791A的专利申请中所公开的离子注入机。

离子注入的模式又可分为平带状离子束（ribbon beam）注入和点状（spot beam）离子束注入。与点状离子束注入相比较，平带状离子束注入较难控制。当注入过程中发生离子束剖面（beam profile）偏移时，易形成对晶片边缘注入的均匀性变差的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种适用于平带状离子束的离子注入装置，以有效解决上述问题。所述装置包括产生离子束的离子源、加速离子束的加速器、安装所述晶片并控制所述晶片按照既定方向移动以被离子束扫描的终端站，其中，所述离子注入装置还包括用于根据所接收的一组输入数据以改善晶片边缘注入均匀性的控制模块，所述输入数据为离子束束流范围、束流均匀性参数、涉及注入转角的参数、以及束流效率中的一个或多个。

在本文中术语“涉及注入转角的参数”是指与转角注入相关的参数，可包括进行几次转角注入、转角的角度为多少等。

优选地，所述离子注入装置中，所述晶片为多晶硅晶片，所述离子束束流范围在5mA到8mA之间。优选所述束流效率大于90%。优选所述束流均匀性参数<0.8。优选在注入过程中进行四次转角注入（也可称作四象限注入），也就是说，在注入过程中晶片可旋转四次；以起始角度为45度为例，则四次转角角度可分别为45度、135度、225度以及315度。

本发明还提供一种控制适用于平带状离子束的离子注入装置的离子注入均匀性的方法，所述离子注入装置包括产生离子束的离子源、加速离子束的加速器、安装所述晶片并控制所述晶片按照既定方向移动以被离子束扫描的终端站，所述方法包括输入一组数据，该组数据为离子束束流范围、束流均匀性参数、涉及注入转角的参数、以及束流效率中的一个或多个，并且根据输入的该组数据调整所述离子源所发射的离子束、或调整晶片的移动方向、或调整所述离子源所发射的离子束和晶片的移动方向，以控制晶片离子注入的均匀性。

优选地，所述方法中，所输入的离子束束流范围在5mA到8mA之间。优选地，所述方法中，所输入的束流效率大于90%。优选地，所输入的束流均匀性参数<0.8。优选在注入过程中进行四次转角注入，也就是说，在注入过程中晶片会被旋转四次（也可称作四象限注入）；以起始角度为45度为例，则四次转角角度分别为45度、135度、225度以及315度。

使用本发明的离子注入装置或采用本发明所述的方法，可有效控制晶片离子注入的均匀性。

附图说明

图1是根据本发明所述的离子注入装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明。本领域技术人员可以理解到，以下只是结合具体的实施方式来对本发明的主旨进行说明，并不就此限定本发明的实施。本发明所主张的范围由所附的权利要求确定，任何不脱离本发明精神的修改、变更都应由本发明的权利要求所涵盖。

以下实施方式中晶片为多晶硅晶片，更具体地，以下示例中晶片以多晶硅晶片为例进行说明，但应理解到，该实施方式只是示例性的，而非限制性的。实际应用中，本领域技术人员根据本发明的主旨，可对在此给出的示例进行稍微修改（例如改变参数值的大小之后），进而应用到对其它晶片离子注入均匀性的控制。这里参数值的大小可以是离子束束流的大小，简言之，对于较为敏感的晶片，该离子束束流大小的范围应较小，反之，应较大。

图1是根据本发明所述的离子注入装置的结构示意图。如图所示，该离子注入装置包括离子束源110、加速离子束的加速器120、离子束质量分析器130、终端站140。离子束源110产生离子束、而所产生的离子束沿着射束路径100传播。加速器120设置在离子束路径100上，对离子束进行加速，使其达到所需要的能量。离子束质量分析器130从离子束中选择合适的粒子。终端站140上安装有晶片150，终端站140还包括用以支撑晶片150并使其可以按照设定方向移动从而被离子束扫描的相应结构（图中未示出）。离子注入装置还包括控制模块160，其根据一组输入数据调整离子源所产生的离子束束流，以通过增加所述晶片扫描的次数来控制晶片中离子注入的均匀性。控制模块160在本示例中耦接到离子束源，可以理解，控制模块160也可以耦接到离子加速器120等，只要在离子束注入晶片150之前能对其进行调整即可。图1所示的离子注入装置适用于平带状离子束的离子注入。

常规带状离子注入机是通过调节调节杆来使注入机中的离子束之间尽可能的保持一样的入射角度，但由于调节杆无法控制带状离子束边缘部分，所以实际引束过程中，离子束范围要比实际注入的范围宽，这就使得在离子注入中，会取其实际范围中的有效注入范围作为束流部分。晶片一般具有200mm的典型直径，离子束源发射出的离子束的有效注入范围在-100和+100之间，因此在束流剖面（beam profile）偏向一边时，离子束中不在有效注入范围内的边缘部分便会对应晶片的一个边缘部分，从而造成对晶片边缘部分的粒子注入的角度不同，导致注入不均匀，还容易造成多晶硅结构变化。

根据本发明，离子注入装置的控制模块160可以对离子束的束流、束流效率、束流均匀性参数、以及注入过程中涉及注入转角的参数进行调整，以改善对晶片离子注入的均匀性。其中，离子束的束流（束电流）是离子束的电流大小；束流效率是后段束流跟前段束流的比值，过大或者过小的束流效率预示着离子注入装置法拉第量测的不正常；束流均匀性参数是用于控制束流均匀性；注入过程中涉及注入转角的参数用于控制晶片在注入过程中的转向，涉及转角的参数示例性地可包括转角注入的次数、及转角的角度等，而转角的角度可包括起始角度和后续转角角度。举例来说，通过控制离子束束流的范围和束流效率来控制每次注入时束流的稳定性，通过控制均匀性参数以及转角次数来控制注入过程中束流的均匀性分布，以降低注入晶片整面分布不均。示例性地，在离子注入过程中可使用四次转角注入（也可称作四象限注入），也就是说，在注入过程中晶片被旋转四次，以起始角度为45度为例，则四次转角角度分别为45度、135度、225度以及315度。

离子注入装置160根据所接收到的离子束的束流、束流效率、束流均匀性参数、以及注入过程中涉及注入转角的参数来调整离子束束流、或调整晶片的移动、或调整对离子束束流和晶片的移动两者，这取决于离子注入装置160接收到的参数。如果离子注入装置160既接收到离子束的束流、束流效率、束流均匀性参数，又接收到涉及注入转角的参数，则既调整离子束束流又调整晶片的移动；如果离子注入装置160仅接收到涉及注入转角的参数，则只调整晶片的移动；如果离子注入装置160仅接收到离子束的束流、束流效率、束流均匀性参数中的一个或多个，则仅调整离子束束流。优选地，离子注入装置160接收到离子束的束流、束流效率、束流均匀性参数、以及涉及注入转角的参数，调整离子束束流和晶片的移动两者。以上对离子束束流和/或晶片移动的调整同样适用于下文要描述的控制适用于平带状离子束的离子注入装置的离子注入均匀性的方法。

简单地说，对离子束的调整包括离子源调整和离子束均匀性调整。本发明主要涉及的是离子束均匀性调整。离子注入装置的自测量模块扫描离子束剖面时，侦测平带状离子束的不同方位的离子束，并可根据侦测结果计算出离子束电流大小、束流效率、以及束流均匀性等参数。

这些计算出的参数，用户可通过离子注入装置的用户接口，在例如控制菜单中向控制模块160输入相应的参数值，进而达成控制。根据本发明，离子束束流范围在5mA到8mA之间；束流效率大于90%；束流均匀性参数<0.8；而转角次数为4次，四次转角角度可分别为45度、135度、225度以及315度。

本发明所述的控制适用于平带状离子束的离子注入装置的离子注入均匀性的方法，可用在如图1所示的离子装置中；也可在该方法被实现为软件模块或硬件模块后将其植入其它离子注入装置中使用。根据该方法，向离子注入装置输入一组数据。这组数据可以是离子束束流范围、束流效率、均匀性参数、以及涉及注入转角的参数中的一个或多个。使得离子注入装置在收到输入的数据后，对离子发射源所发射的离子束进行调整，比如将离子束电流范围调整到5mA-8mA，从而使得离子束的宽度也相应地降低，从而增加晶片被扫描的次数，且使得离子束的边缘不只是对应于晶片的边缘。所输入的参数还包括束流效率（优选大于90%）、束流均匀性参数（优选小于8%）），涉及注入转角的参数中的输入转角（优选进行四次转角输入，优选起始转角约45°，而其它三次依次为135°、225°以及315°）。

表1是根据本发明所述的离子注入装置或根据本发明所述的离子注入方法后，晶片均匀性与使用常规技术的对比。如所示意的，在采用了本发明的离子注入装置或者本发明的方法之后，注入的均匀性为0.371，明显优于未根据本发明的装置和方法。

Figure 2011102220591100002DEST_PATH_IMAGE001

Claims

1.一种适用于平带状离子束的离子注入装置，所述装置包括产生离子束的离子源、加速离子束的加速器、安装所述晶片并控制所述晶片按照既定方向移动以被离子束扫描的终端站，其特征在于，所述离子注入装置还包括用于根据所接收的一组输入数据以改善晶片边缘注入均匀性的控制模块，所述输入数据为离子束束流范围、束流均匀性参数、涉及注入转角的参数、以及束流效率中的一个或多个。

2. 根据权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，所述晶片为多晶硅晶片。

3. 根据权利要求1或2所述的离子注入装置，其特征在于，所述离子束束流范围在5mA到8mA之间。

4. 根据权利要求1或2所述的离子注入装置，其特征在于，所述束流效率大于90%。

5. 根据权利要求1或2所述的离子注入装置，其特征在于，所述束流均匀性参数<0.8。

6. 根据权利要求1或2所述的离子注入装置，其特征在于，所述涉及注入转角的参数包括转角次数和转角角度。

7. 根据权利要求6所述的离子注入装置，其特征在于，所述转角次数为四次，所述转角角度的起始角度为45°。

8. 一种控制适用于平带状离子束的离子注入装置的离子注入均匀性的方法，所述离子注入装置包括产生离子束的离子源、加速离子束的加速器、安装所述晶片并控制所述晶片按照既定方向移动以被离子束扫面的终端站，其特征在于，所述方法包括：

输入一组数据，该组数据为离子束束流范围、束流均匀性参数、涉及注入转角的参数、以及束流效率中的一个或多个，以及

根据所输入的该组数据，调整所述离子源所发射的离子束、或调整晶片的移动方向、或调整所述离子源所发射的离子束和晶片的移动方向，以控制晶片离子注入的均匀性。

9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述晶片为多晶硅晶片。

10. 根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所输入的离子束束流范围在5mA到8mA之间。

11. 根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所输入的束流效率大于90%。

12. 根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所输入的束流均匀性参数<0.8。

13. 根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所输入的涉及注入转角的参数包括转角次数和转角角度。

14. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述转角次数为四次，所述转角角度的起始角度为45°。