TWI395251B - 帶狀離子束植入機系統、架構及離子植入工件之方法 - Google Patents

帶狀離子束植入機系統、架構及離子植入工件之方法 Download PDF

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Description

帶狀離子束植入機系統、架構及離子植入工件之方法
本發明大體上是關於離子植入，且更明確地說，是關於帶狀離子束離子植入機系統之架構。
離子植入為用於將導電性更改雜質引入或摻雜進半導體晶圓中之標準技術。典型的離子植入過程使用高能離子束來將雜質引入工件(work piece)，亦即，半導體晶圓中。如所熟知的，以均一深度以及劑量來將雜質引入晶圓中以確保將形成之半導體裝置適當地操作為重要的。
圖1三維地示意性展示離子進入晶圓中之習知植入。X-軸以及Y-軸組成橫向離子束掃描平面。離子束210是(希望)平行於Z-軸來傳送且撞擊晶圓200之平坦表面。X-軸水平地垂直於Z-軸。在帶狀離子束系統中，離子束210為沿著X-軸之帶狀物。Y-軸垂直地垂直於離子束平面(亦即，XZ-座標平面)。藉由上下移動晶圓200來沿著平行於Y-軸之另一掃描路徑來上下掃描晶圓200。
低能量(高電流)離子束210經由離子植入機系統之輸送歸因於離子束210之空間電荷(space-charge)的大散焦效應(large defocusing effect)而為困難的。此情形可藉由提取(extracting)以及質量分析(mass-analyzing)具有較高能量(例如，>約10 kV)之離子束210，且接著使離子束210減速至在離子束210接近晶圓200時可低至約200 eV的最終能量來減輕。然而，在之前以及在減速期間經中和 的任何離子可能未充分減速，且將以較高能量來沖射於晶圓200上，導致有害的能量污染(energy contamination)。
對於涉及藉由帶狀物在平面中之分散來對帶狀離子束210進行質量分析，導致扇型帶狀離子束之系統而言，亦需要使離子束210平行化，此平行化在目前是由扇形電磁(sector electromagnet)來執行的。對於各種不同類型之裝置以及過程的適當操作而言，控制離子束210之平行或角度為重要的。雜質植入之深度部分地取決於離子束210沿著所要方向(通常垂直於半導體之晶體結構)的平行。因此，在植入期間控制離子束210之角度以維持離子軌跡相對於晶圓200之晶體結構的所要平行(亦即，所要方向)為重要的。詳言之，尤其對於高能植入以及通道植入(channeled implant)而言，為了達成可重複植入結果，離子束210之角度應為已知的且受控制的使其與平行於所要方向之間的誤差範圍小於1°。在扇型帶狀離子束方面，若平行化是在減速透鏡後完成的，則將輸送長度增加至系統，此進一步削弱低能束至晶圓200之傳送。注意，此扇形平行化透鏡相當大，且在減速後可將多達1m增加至離子束210輸送。
鑒於前面之描述，此項技術需要一種提供帶狀離子束210之加速/減速以及平行化而不將長度增加至離子植入機系統的方法。
揭露一種帶狀離子束離子植入機系統之架構。在一實 施例中，架構包括：加速/減速平行化透鏡系統(acceleration/deceleration parallelizing lens system)，其用於接收扇型帶狀離子束且用於將扇型帶狀離子束至少平行化(且或許亦加速或減速)為實質上平行之帶狀離子束；以及能量過濾系統(energy filter system)，其在加速/減速平行化透鏡系統之下游且在將由實質上平行之帶狀離子束植入之工件之前。加速/減速平行化透鏡系統包括用於至少平行化(且或許亦加速或減速)扇型帶狀離子束的透鏡以及用於使實質上平行之帶狀離子束加速或減速的加速/減速透鏡。平行化透鏡允許高電流帶狀離子束以可下降至低至約200 eV之能量來傳送至工件。能量過濾系統提供實質上沒有能量污染之實質上平行的帶狀離子束。
本發明之第一態樣提供一種離子植入機系統，系統包含：帶狀離子束產生器，其用於產生扇型帶狀離子束；加速/減速平行化透鏡系統，其在帶狀離子束產生器下游，用於將扇型帶狀離子束至少平行化為實質上平行之帶狀離子束；以及能量過濾系統，其在加速/減速平行化透鏡系統之下游且在將由實質上平行之帶狀離子束植入之工件之前。
本發明之第二態樣提供一種離子植入工件之方法，方法包含下述步驟：產生扇型帶狀離子束；實質上同時將扇型帶狀離子束平行化以及加速或減速為實質上平行之帶狀離子束；在平行化步驟之後立即自帶狀離子束過濾能量污染；以及將實質上平行之帶狀離子束植入工件中。
本發明之第三態樣提供一種帶狀離子束離子植入機系 統之架構，架構包含：加速/減速平行化透鏡系統，其用於接收扇型帶狀離子束且用於將扇型帶狀離子束至少平行化為實質上平行之帶狀離子束；以及能量過濾系統，其在加速/減速平行化透鏡系統之下游且在將由實質上平行之帶狀離子束植入之工件之前。
本發明之說明性態樣經設計成能解決本文所描述之問題以及熟習此項技術者可發現的未討論之其他問題。
參看圖2，展示包括根據本發明之一實施例之架構100的帶狀離子束離子植入機系統102。離子植入機系統102包括可能會包括(例如)離子源106、質量分析磁鐵108以及質量解析孔(mass resolving aperture)110的帶狀離子束產生器104。離子植入機系統102可為(例如)以超過10毫安(milli-Amps；mA)傳送離子束的高電流系統。如所指示的，初始離子束可使用習知窄縫提取點至點光學系統(發散實線)或長縫提取平行至點光學系統(平行虛線)來產生。在任何情況下，質量分析磁鐵108改善初始離子束。應認為上述帶狀離子束產生器104僅為說明性的且可採用本發明之範疇內的其他系統。
在一實施例中，架構100包括加速/減速平行化透鏡系統120以及能量過濾系統122。加速/減速平行化透鏡系統120(在下文中為“透鏡系統120”)(亦即)自帶狀離子束產生器104且詳言之質量解析孔110接收扇型帶狀離子束124。扇型帶狀離子束124可擴展至(例如)約35 cm。 術語“帶狀”指示離子束在橫向上實質上為狹長的。透鏡系統120將扇型帶狀離子束124至少平行化為實質上平行之帶狀離子束112，且亦可使帶狀離子束124加速或減速。透鏡系統120包括一組用於使扇型帶狀離子束124平行化以及或許加速或減速的彎曲靜電板(electrostatic plate)126以及一組用於使實質上平行之帶狀離子束112加速或減速的加速/減速透鏡130。請注意，因為質量解析孔110提供在一組彎曲靜電板126處高度均一的扇型帶狀離子束124，所以此等板(透鏡)126之槽需要具有均一寬度。在透鏡系統120下游之能量過濾系統122在將由實質上平行之帶狀離子束112植入之工件128之前移除能量污染。能量過濾系統122可包括任何現今已知或稍後開發之磁性或靜電(或兩者之組合)的能量過濾系統，此種能量過濾系統通常使實質上平行之帶狀離子束112彎曲以移除中性離子。
因為距工件128之距離縮短，所以透鏡系統120允許實質上平行之帶狀離子束112在工件128之前(在加速後)以可下降至低至約200 eV之能量來傳送至工件128，此為優於習知系統的低能量達成之改良。能量過濾系統122提供實質上沒有能量污染之實質上平行的帶狀離子束112。另外，由於一組至少平行化(且或許亦加速或減速)透鏡126以及加速/減速透鏡128經整合，所以與習知系統相比，實質上平行之帶狀離子束112至工件128的行進距離減少。舉例而言，在一實施例中，透鏡系統120的長度介 於約25 cm至約30 cm。另外，在一實施例中，能量過濾系統122可能會具有低至約20 cm的長度。累計地，架構100可能會具有不大於50 cm之長度，與習知的獨自為1 m長之扇形平行化透鏡相比，長度顯著減少。
如圖3之流程圖所示，在另一實施例中，本發明包括一種離子植入工件之方法。第一步S1，使用(例如)帶狀離子束產生器104來產生扇型帶狀離子束124。在一實施例中，帶狀離子束產生器包括離子源106、質量分析磁鐵108以及質量解析孔110，三者共同產生扇型帶狀離子束124。接著，在步驟S2中，(例如)使用透鏡系統120來將扇型帶狀離子束124實質上同時地平行化以及加速或減速為實質上平行之帶狀離子束112。在步驟S3中，(例如)使用能量過濾系統122來在平行化步驟後立即自實質上平行之帶狀離子束112過濾能量污染。最後，在步驟S4中，將實質上平行之帶狀離子束112植入工件128中。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧架構
102‧‧‧帶狀離子束離子植入機系統
104‧‧‧帶狀離子束產生器
106‧‧‧離子源
108‧‧‧質量分析磁鐵
110‧‧‧質量解析孔
112‧‧‧帶狀離子束
120‧‧‧加速/減速平行化透鏡系統
122‧‧‧能量過濾系統
124‧‧‧扇型帶狀離子束
126‧‧‧彎曲靜電板
128‧‧‧工件
200‧‧‧晶圓
210‧‧‧離子束
S1-S4‧‧‧步驟
自結合描繪本發明之各種實施例的附圖的本發明之各種態樣的以下詳細描述，將更容易地理解本發明之此等以及其他特徵，附圖為：圖1展示晶圓之離子束植入的三維視圖。
圖2展示包括根據本發明之一實施例之架構的帶狀離子束離子植入機系統。
圖3展示根據本發明之離子植入方法之一實施例的流程圖。
請注意，本發明之圖示並非按規定比例。圖式意欲僅描繪本發明之典型態樣，且因此圖式不應理解為限制本發明之範疇。在圖式中，相似編號表示圖式之間的相似元件。
100‧‧‧架構
102‧‧‧帶狀離子束離子植入機系統
104‧‧‧帶狀離子束產生器
106‧‧‧離子源
108‧‧‧質量分析磁鐵
110‧‧‧質量解析孔
112‧‧‧帶狀離子束
120‧‧‧加速/減速平行化透鏡系統
122‧‧‧能量過濾系統
124‧‧‧扇型帶狀離子束
126‧‧‧彎曲靜電板
128‧‧‧工件

Claims (15)

  1. 一種離子植入機系統，其包含：帶狀離子束產生器，其用於產生扇型帶狀離子束；加速/減速平行化透鏡系統，其在所述帶狀離子束產生器之下游，用於將所述扇型帶狀離子束至少平行化為實質上平行之帶狀離子束；以及能量過濾系統，其在所述加速/減速平行化透鏡系統之下游且在將由所述實質上平行之帶狀離子束植入之工件之前。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之離子植入機系統，其中所述加速/減速平行化透鏡系統之長度介於約25 cm至約30 cm。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之離子植入機系統，其中所述能量過濾系統具有低至約20 cm之長度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之離子植入機系統，其中所述加速/減速平行化透鏡系統包括一組用於將所述扇型帶狀離子束至少平行化為所述實質上平行之帶狀離子束的彎曲靜電板，以及一組用於使所述實質上平行之帶狀離子束加速或減速的加速/減速透鏡。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之離子植入機系統，其中所述一組彎曲靜電板亦執行所述實質上平行之帶狀離子束之加速或減速。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之離子植入機系統，其中所述實質上平行之帶狀離子束在所述工件之前具有低至 約200 eV之能量。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之離子植入機系統，其中所述實質上平行之帶狀離子束實質上沒有能量污染。
  8. 一種離子植入工件之方法，所述方法包含下述步驟：產生扇型帶狀離子束；大體上同時地使所述扇型帶狀離子束平行化以及加速或減速為實質上平行之帶狀離子束；在所述平行化步驟後立即自所述帶狀離子述過濾能量污染；以及將所述實質上平行之帶狀離子束植入工件中。
  9. 一種帶狀離子束離子植入機系統之架構，所述架構包含：加速/減速平行化透鏡系統，其用於接收扇型帶狀離子束且用於將所述扇型帶狀離子束至少平行化為實質上平行之帶狀離子束；以及能量過濾系統，其在所述加速/減速平行化透鏡系統之下游且在將由所述實質上平行之帶狀離子束植入之工件之前。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之帶狀離子束離子植入機系統之架構，其中所述加速/減速平行化透鏡系統之長度介於約25 cm至約30cm。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之帶狀離子束離子植入機系統之架構，其中所述能量過濾系統具有低至約20 cm之長度。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之帶狀離子束離子植入機系統之架構，其中所述加速/減速平行化透鏡系統包括一組用於將所述扇型帶狀離子束至少平行化為所述實質上平行之帶狀離子束的彎曲靜電板，以及一組用於使所述實質上平行之帶狀離子束加速或減速的加速/減速透鏡。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之帶狀離子束離子植入機系統之架構，其中所述一組彎曲靜電板亦執行所述實質上平行之帶狀離子束之加速或減速。
  14. 如申請專利範圍第9項所述之帶狀離子束離子植入機系統之架構，其中所述實質上平行之帶狀離子束在所述工件之前具有低至約200 eV之能量。
  15. 如申請專利範圍第9項所述之帶狀離子束離子植入機系統之架構，其中所述實質上平行之帶狀離子束實質上沒有能量污染。
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