CN108231523A - 离子植入机及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种离子植入机及其使用方法，其中离子植入机包括：离子源；装载装置，经过所述装载装置中心与离子源中心的直线为中心轴；位于离子源和装载装置之间的处理腔室，所述处理腔室的两侧分别具有与离子源对应第一开口、以及与装载装置对应的第二开口，且所述第一开口的中心和第二开口的中心在所述中心轴上；位于处理腔室内的磁场装置，所述磁场装置包括永磁体以及线圈，所述磁场装置用于产生垂直于所述中心轴的矫正磁场。所述方法能够提高反应腔室射出的离子束的平行度。

Description

离子植入机及其使用方法

技术领域

本发明涉及半导体制造方法及其设备，尤其涉及一种离子植入机及其使用方法。

背景技术

离子植入在半导体制造技术中有着广泛的应用，它是一种向半导体材料中引入可控数量的杂质，以改变其电学性能的方法，最主要的用途是掺杂半导体材料。离子植入工艺是在离子植入机中进行的，通过离子源反射的离子束(Ion Beam)扫描整个晶圆(Wafer)，使晶圆表面的半导体材料得到均匀的掺杂。

然而，利用现有的离子植入机对晶圆进行离子植入，所述形成的晶圆的性能较差。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种离子植入机及其使用方法，以提高晶圆的植入性能。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种离子植入机，包括：离子源；装载装置，经过所述装载装置中心与离子源中心的直线为中心轴；位于离子源和装载装置之间的处理腔室，所述处理腔室的两侧分别具有与离子源对应第一开口、以及与装载装置对应的第二开口，且所述第一开口的中心和第二开口的中心在所述中心轴上；位于处理腔室内的磁场装置，所述磁场装置包括永磁体以及线圈，所述磁场装置用于产生垂直于所述中心轴的矫正磁场。

可选的，所述装载装置包括若干载具，所述载具用于装载晶圆，使所装载的晶圆表面垂直于所述中心轴并朝向所述第二开口；若干载具围绕上述中心轴均匀分布；晶圆的直径为300毫米；所装载的晶圆中心到中心轴的距离为155毫米～175毫米。

可选的，所述离子源的扫描范围为：610毫米～650毫米。

可选的，所述磁场装置产生的磁场强度为：0.006特斯拉～0.06特斯拉；所述永磁铁的磁场强度为：0.004特斯拉～0.02特斯拉。

可选的，若干所述磁场装置对称分布于所述中心轴两侧；所述线圈的中轴线垂直于所述中心轴；位于中心轴同一侧的若干线圈沿平行于中心轴方向上平行排列；所述永磁铁的中轴线平行于中心轴。

可选的，位于中心轴两侧的若干所述磁场装置包括沿中心轴自离子源向装载装置方向分布的第一区和第二区；若干所述线圈包括朝向所述中心轴方向的第一端；在磁场装置的第一区中，位于中心轴两侧的线圈第一端极性相反；在磁场装置的第二区中，位于中心轴两侧的线圈第一端极性相反；位于所述中心轴同一侧的若干线圈中，位于第一区的线圈第一端与位于第二区的线圈第一端极性相反。

可选的，位于所述中心轴同一侧的磁场装置中，所述永磁体的极性与所述线圈第一端的极性相同。

本发明还提供一种离子植入机的使用方法，包括：提供上述离子植入机；离子源发射初始离子束，所述初始离子束边缘的离子运动方向与中心轴具有第一夹角；所述初始离子束通过处理腔室的第一开口进入处理腔室后，经磁场装置的修正，从处理腔室的第二开口射出，形成离子束，所述离子束边缘的离子运动方向与中心轴具有第二夹角，所述第二夹角小于第一夹角。

可选的，所述第一夹角的范围为8度～12度，所述第二夹角的范围为0度～1度。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

本发明技术方案提供的离子植入机中，所述处理腔室内的磁场装置不仅包括线圈还包括永磁铁，使得从离子源发射的初始离子束的平行度不仅受到线圈产生磁场的修正，还受到永磁铁的修正，则从处理腔室第二开口射出的第一边缘区和第二边缘区离子束与中间区离子束的平行度较好，因此，有利于降低第一边缘区和第二边缘离子束与中间区离子束对晶圆植入情况的差异。

附图说明

图1是一种离子植入机的结构示意图；

图2是一种离子植入机的俯视图；

图3是本发明离子植入机的结构示意图；

图4是本发明离子植入机的俯视图；

图5是本发明离子注入极中矫正磁场的放大图。

具体实施方式

正如背景技术所述，利用现有的离子植入机对晶圆进行离子植入，所述晶圆的性能较差。

图1是一种离子植入机的结构示意图；图2是一种离子植入机的俯视图。

请参考图1和图2，图2是图1的俯视图，离子源100；装载装置101，所述装载装置101用于装载晶圆106，经过所述装载装置101中心与离子源100中心的直线为中心轴X-X1线；位于离子源100和装载装置101之间的处理腔室102，所述处理腔室102的两侧分别具有与离子源100对应第一开口103、以及与装载装置101对应的第二开口104，且所述第一开口103的中心和第二开口104的中心在所述中心轴X-X1上；位于处理腔室102内的线圈105，所述线圈105用于产生垂直于所述中心轴X-X1的矫正磁场。

使用上述离子植入机的方法包括：所述离子源100发射初始离子束107(见图2)，所述初始离子束107通过第一开口103进入处理腔室102，在线圈105产生磁场的作用下，对初始离子束107的平行度进行修正，形成离子束108，所述离子束108从第二开口104射出后，进入晶圆106内，完成对晶圆106的离子植入。

为了增加离子植入机的产率，通常同时对两片晶圆106进行离子植入。晶圆106的直径为300毫米，而所述离子源100所发出的初始离子束107沿平行于中心轴X-X1方向上的宽度为330毫米，使得所述初始离子束107的宽度难以同时对两片晶圆106进行离子植入。

一种能够同时对两片晶圆106进行离子植入的方法包括：增大离子源100的扫描电压，经从处理腔室101修正后所形成的离子束108能够同时覆盖两片晶圆103。然而，沿初始离子束107宽度方向上，边缘的初始离子束107的偏转角β较大，所述线圈105修正初始离子束平行度的能力不够，使得所形成的边缘离子束108与中间离子束108的平行度差异较大，边缘离子束108与中间离子束108对晶圆103的植入深度不同，即：晶圆103边缘位置与中间位置的离子植入情况差异性较大，使得所述晶圆103中间位置和边缘位置的电学性能差异较大。

为解决所述技术问题，本发明提供了一种离子植入机，包括：离子源；装载装置，经过所述装载装置中心与离子源中心的直线为中心轴；位于离子源和装载装置之间的处理腔室，所述处理腔室的两侧分别具有与离子源对应第一开口、以及与装载装置对应的第二开口，且所述第一开口的中心和第二开口的中心在所述中心轴上；位于处理腔室内的磁场装置，所述磁场装置包括永磁体以及线圈，所述磁场装置用于产生垂直于所述中心轴的矫正磁场。所述方法对晶圆的植入情况较好。

为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

图3是本发明离子植入机的结构示意图。

请参考图3和图4，图4是图3的俯视图，离子源200；装载装置201，经过所述装载装置201中心与离子源200中心的直线为中心轴O-O1线；位于离子源200和装载装置201之间的处理腔室202，所述处理腔室202的两侧分别具有与离子源200对应第一开口203、以及与装载装置201对应的第二开口204，且所述第一开口203的中心和第二开口204的中心在所述中心轴O-O1上；位于处理腔室202内的磁场装置205，所述磁场装置205包括永磁体205b以及线圈205a，所述磁场装置205用于产生垂直于所述中心轴O-O1的矫正磁场。

所述离子源200用于产生所需特性的初始离子束207，所述初始离子束207可为任何类型的带电粒子束。在本实施例中，所述初始离子束207为带正电的离子束。

沿垂直于中心轴O-O1的方向上，所述初始离子束207具有离子束宽度，所述初始离子束207的宽度的影响因素包括：离子源200的扫描电压，具体的，所述扫描电压越大，初始离子束207的扫描宽度越大。

在本实施例中，所述扫描的宽度为：610毫米～650毫米。

沿所述初始离子束207宽度方向上，所述初始离子束207包括中间区A(见图4)、位于中间区A一侧的第一边缘区B1(见图4)以及位于中间区A相对另一侧的第二边缘区B2。

所述中间区A初始离子束207的偏转角α为0度，而沿中间区A至第一边缘区B1的方向以及中间区A至第二边缘区B2的方向上，所述初始离子束207的偏转角α均逐渐增大。所述偏转角α指的是初始离子束207的运动方向与中心轴O-O1的夹角。

所述处理腔室202内的磁场装置205用于对初始离子束207的平行度进行修正。所述磁场装置205包括线圈205a和永磁铁205b。所述线圈205a和永磁铁205b共同用于修正初始离子束207的平行度。

所述磁场装置的磁场强度为0.006特斯拉～0.06特斯拉。所述永磁铁产生的磁场强度为：0.004特斯拉～0.02特斯拉。

图5是磁场装置的放大图。

若干所述磁场装置205对称分布于所述中心轴O-O1两侧；所述线圈205a具有中轴线A-A1，所述线圈205a的中轴线AA1垂直于所述中心轴O-O1；位于中心轴O-O1同一侧的若干所述线圈205a沿平行于中心轴O-O1方向上平行排列；所述永磁铁205b的中轴线平行于中心轴。

位于中心轴O-O1两侧的若干所述磁场装置205包括沿中心轴O-O1自离子源200至装载装置201方向分布的第一区Ⅰ和第二区Ⅱ；若干所述线圈205a包括朝向所述中心轴O-O1方向的第一端D；在磁场装置205的第一区Ⅰ中，位于中心轴O-O1两侧的线圈205a第一端D极性相反；在磁场装置205的第二区Ⅱ中，位于中心轴O-O1两侧的线圈205a第一端D极性相反；位于所述中心轴O-O1同一侧的若干线圈205a中，位于第一区Ⅰ的线圈205a第一端D与位于第二区Ⅱ的线圈205第一端D极性相反。

具体的，沿中心轴O-O1线方向上，磁场装置205包括相对的第一侧11和第二侧12。在本实施例中，所述第一区Ⅰ第一侧11磁场装置205产生朝向中心轴O-O1的S极，所述第一区Ⅰ第二侧12磁场装置205产生朝向中心轴O-O1的N极，所述第二区Ⅱ第一侧11磁场装置205产生朝向中心轴O-O1的N极，所述第二区Ⅱ第二侧12磁场装置205产生朝向中心轴O-O1的S极。

在其他实施例中，所述第一区第一侧磁场装置产生朝向中心轴的N极，所述第一区第二侧磁场装置产生朝向中心轴的S极，所述第二区第一侧磁场装置产生朝向中心轴的S极，所述第二区第二侧磁场装置产生朝向中心轴的N极。

位于所述中心轴O-O1同一侧的磁场装置205中，所述永磁体205b的极性与所述线圈205a第一端D的极性相同。

在本实施例中，所述初始离子束207带正电，所述第一区Ⅰ第一侧11线圈205a内电流的方向为逆时针，则所述第一区Ⅰ第一侧11线圈205a第一端D为S极，所述第一区Ⅱ第二侧12线圈205a内的电流方向为逆时针，所述第一区Ⅰ第二侧12内线圈105a第一端为N极，根据左手定则可知，初始离子束207在第一区Ⅰ磁场中运动时，受到第一区Ⅰ线圈205a带来的指向中心轴O-O1线的力，因此，有利于修正第一边缘区B1初始离子束207的平行度。

并且，第一区Ⅰ第一侧11永磁铁205b朝向中心轴O-O1的为S极，第一区Ⅰ第二侧12永磁铁205b朝向中心轴O-O1的为N极，根据左手定则可知，初始离子束207在所述第一区Ⅰ之间运动时，又受到第一区Ⅰ永磁铁205b带来的指向中心轴O-O1线的力，因此，有利于进一步修正第一边缘区B1初始离子束207的平行度，使得所形成的第一边缘区B1的离子束208与中间区A离子束208的平行度较好，有利于减小第一边缘区B1离子束208与中间区A离子束208对晶圆206的植入情况差异，有利于减小晶圆206第一边缘区B1和中间区A的电学性能差异。

同样的，第二区Ⅱ第一侧11线圈205a内电流的方向为顺时针，所述第二区Ⅱ第一侧11线圈205a第一端D为N极，所述第二区Ⅱ第二侧12线圈205a内的电流方向为顺时针，所述第二区Ⅱ第二侧12线圈205a的第一端D为S极，根据左手定则可知，初始离子束207在第二区Ⅱ的磁场中运动时，受到第二区Ⅱ线圈205a带来的指向中心轴O-O1线的力，因此，有利于修正第二边缘区B2初始离子束207的平行度。

并且，第二区Ⅱ第一侧11永磁铁205b朝向中心轴O-O1的为N极，第二区Ⅱ第二侧12永磁铁205b朝向中心轴O-O1的一侧为S极，根据左手定则可知，初始离子束207在所述第二区Ⅱ运动时，又受到第二区Ⅱ永磁铁205b带来的指向中心轴O-O1线的力，因此，有利于进一步修正第二边缘区B2初始离子束207的平行度，使得所形成的第二边缘区B2的离子束208与中间区A离子束208的平行度较好，有利于减小第二边缘区B2离子束208与中间区A离子束208对晶圆206的植入情况差异，有利于减小晶圆206第二边缘区B2和中间区A的电学性能差异。

所述线圈205a和永磁铁205b的强度可根据离子植入的具体需要来确定，所述离子注入的具体情况包括：植入离子的种类、植入离子的能量。

所述初始离子束207经磁场装置205的修正，形成的离子束208的平行度较好，所离子束208用于对晶圆206进行离子植入。

在本实施例中，所述晶圆206的材料包括：半导体材料，所述半导体材料包括：硅、锗或者硅锗。

所述晶圆206的形状可为各种物理形状，例如：圆盘形。

所述晶圆206具有掺杂面250，所述掺杂面250与第二开口204相对，有利于所述离子束208射入掺杂面250内。

所述装载装置201包括若干载具(图中未示出)，所述载具用于装置晶圆206，使所装载的晶圆206垂直于所述中心轴O-O1线并朝向第二开口204；若干载具围绕上述中心轴O-O1均匀分布。

在本实施例中，所述载具的个数为2个，所述晶圆206的个数为2个。在其他实施例中，所述载具的个数为1个或者2个以上。

在本实施例中，晶圆206的直径为300毫米，所装载的晶圆206中心到中心轴O-O1的距离为155毫米～175毫米，晶圆的个数为2个，扫描宽度为610毫米～650毫米。

由此可见，扫描宽度大于2个晶圆206的直径之和，因此，所述离子束208能够对2个晶圆206进行离子植入。且第一边缘区B1和第二边缘区B2离子束208与中间区A离子束208的平行度较好，有利于提高第一边缘区B1、第二边缘区B2和中间区A离子束206对晶圆206的离子植入情况，使得晶圆206第一边缘区B1、第二边缘区B2与中间区A的电学性能差异性小，则所述晶圆206的性能较好。

为了更好的说明本发明的技术方案和技术效果，以下结合本发明提供的离子植入机的使用方法进行说明。

所述离子植入机的使用方法包括：提供所述的离子植入机；离子源200发射初始离子束207，所述初始离子束207边缘的离子运动方向与中心轴O-O1具有第一夹角；所述初始离子束207通过处理腔室202的第一开口203进入处理腔室202，经磁场装置205的修正，从第二开口204射出，所述离子束208边缘的离子运动方向与中心轴O-O1具有第二夹角，所述第二夹角小于第一夹角。

所述第一夹角的范围为8度～12度，所述第二夹角的范围为0度～1度。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (9)

1.一种离子植入机，其特征在于，包括：

离子源；

装载装置，经过所述装载装置中心与离子源中心的直线为中心轴；

位于离子源和装载装置之间的处理腔室，所述处理腔室的两侧分别具有与离子源对应第一开口、以及与装载装置对应的第二开口，且所述第一开口的中心和第二开口的中心在所述中心轴上；

位于处理腔室内的磁场装置，所述磁场装置包括永磁体以及线圈，所述磁场装置用于产生垂直于所述中心轴的矫正磁场。

2.如权利要求1所述的离子植入机，其特征在于，所述装载装置包括若干载具，所述载具用于装载晶圆，使所装载的晶圆表面垂直于所述中心轴并朝向所述第二开口；若干载具围绕上述中心轴均匀分布；晶圆的直径为300毫米；所装载的晶圆中心到中心轴的距离为155毫米～175毫米。

3.如权利要求2所述的离子植入机，其特征在于，所述离子源的扫描范围为：610毫米～650毫米。

4.如权利要求1所述的离子植入机，其特征在于，所述磁场装置产生的磁场强度为：0.006特斯拉～0.06特斯拉；所述永磁铁的磁场强度为：0.004特斯拉～0.02特斯拉。

5.如权利要求1所述的离子植入机，其特征在于，若干所述磁场装置对称分布于所述中心轴两侧；所述线圈的中轴线垂直于所述中心轴；位于中心轴同一侧的若干线圈沿平行于中心轴方向上平行排列；所述永磁铁的中轴线平行于所述中心轴。

6.如权利要求1所述的离子植入机，其特征在于，位于中心轴两侧的若干所述磁场装置包括自离子源向装载装置方向分布的第一区和第二区；若干所述线圈包括朝向所述中心轴方向的第一端；在磁场装置的第一区中，位于中心轴两侧的线圈第一端极性相反；在磁场装置的第二区中，位于中心轴两侧的线圈第一端极性相反；位于所述中心轴同一侧的若干线圈中，位于第一区的线圈第一端与位于第二区的线圈第一端极性相反。

7.如权利要求6所述的离子植入机，其特征在于，位于所述中心轴同一侧的磁场装置中，所述永磁体的极性与所述线圈第一端的极性相同。

8.一种离子植入机的使用方法，其特征在于，包括：

提供如权利要求1至权利要求7任一项所述的离子植入机；

离子源发射初始离子束，所述初始离子束边缘的离子运动方向与中心轴具有第一夹角；

所述初始离子束通过处理腔室的第一开口进入处理腔室后，经磁场装置的修正，从处理腔室的第二开口射出，形成离子束，所述离子束边缘的离子运动方向与中心轴具有第二夹角，所述第二夹角小于第一夹角。

9.如权利要求8所述的离子植入机的使用方法，其特征在于，所述第一夹角的范围为8度～12度，所述第二夹角的范围为0度～1度。