带状离子束植入机系统的架构

摘要

本发明是有关于一种带状离子束植入机系统的架构，在一实施例中，架构包括：加速/减速平行化透镜系统，其用于接收扇型带状离子束且用于将扇型带状离子束至少平行化(且或许亦加速或减速)为实质上平行的带状离子束；以及能量过滤系统，其在加速/减速平行化透镜系统的下游且在将由实质上平行的带状离子束植入的工件之前。加速/减速平行化透镜系统包括用于至少平行化(且或许亦加速或减速)扇型带状离子束的透镜以及用于使实质上平行的带状离子束加速或减速的加速/减速透镜。平行化透镜允许高电流带状离子束以可下降至低至约200eV的能量来传送至工件。能量过滤系统提供实质上没有能量污染的实质上平行的带状离子束。

权利要求

1.一种离子植入机系统，其特征在于其包含：

带状离子束产生器，其用于产生扇型带状离子束，所述带状离子束产生器包含质量解析孔；

加速/减速平行化透镜系统，其在所述带状离子束产生器的所述质量解析孔的直接下游，所述加速/减速平行化透镜系统用于将所述扇型带状离子束至少平行化为实质上平行的带状离子束；以及能量过滤系统，其在所述加速/减速平行化透镜系统的下游且在将由所述实质上平行的带状离子束植入的工件之前。

2.根据权利要求1所述的离子植入系统，其特征在于所述的加速/减速平行化透镜系统具有不小于25cm且不大于30cm的长度。

3.根据权利要求1所述的离子植入系统，其特征在于所述的能量过滤系统具有低至20cm的长度。

4.根据权利要求1所述的离子植入系统，其特征在于所述的加速/减速平行化透镜系统包括一组用于将所述扇型带状离子束至少平行化为所述实质上平行的带状离子束的弯曲静电板，以及一组用于使所述实质上平行的带状离子束加速或减速的加速/减速透镜。

5.根据权利要求4所述的离子植入系统，其特征在于其中所述的一组弯曲静电板亦执行所述实质上平行的带状离子束的加速或减速。

6.根据权利要求1所述的离子植入系统，其特征在于其中所述的实质上平行的带状离子束在所述工件之前具有低至200eV的能量。

7.根据权利要求1所述的离子植入系统，其特征在于其中所述的实质上平行的带状离子束实质上没有能量污染。

8.一种离子植入工件的方法，其特征在于其包含以下步骤：

输出在包含质量解析孔的带状离子束产生器内产生的扇型带状离子束；

将所述扇型带状离子束由所述带状离子束产生器的所述质量解析孔直接引导至加速/减速平行化透镜系统；

大体上同时地使所述扇型带状离子束平行化以及加速或减速为实质上平行的带状离子束；

在所述平行化步骤后立即自所述带状离子束过滤能量污染；以及将所述实质上平行的带状离子束植入工件中。

9.一种带状离子束离子植入机系统的架构，其特征在于其包含：加速/减速平行化透镜系统，其用于接收直接由质量解析孔来的扇型带状离子束且将所述扇型带状离子束至少平行化为实质上平行的带状离子束；以及能量过滤系统，其在所述加速/减速平行化透镜系统的下游且在将由所述实质上平行的带状离子束植入的工件之前。

10.根据权利要求9所述的带状离子束离子植入机系统的架构，其特征在于其中所述的加速/减速平行化透镜系统具有不小于25cm且不大于30cm的长度。

11.根据权利要求9所述的带状离子束离子植入机系统的架构，其特征在于其中所述的能量过滤系统具有低至20cm的长度。

12.根据权利要求9所述的带状离子束离子植入机系统的架构，其特征在于其中所述的加速/减速平行化透镜系统包括一组用于将所述扇型带状离子束至少平行化为所述实质上平行的带状离子束的弯曲静电板，以及一组用于使所述实质上平行的带状离子束加速或减速的加速/减速透镜。

13.根据权利要求12所述的带状离子束离子植入机系统的架构，其特征在于其中所述的一组弯曲静电板亦执行所述实质上平行的带状离子束的加速或减速。

14.根据权利要求9所述的带状离子束离子植入机系统的架构，其特征在于其中所述的实质上平行的带状离子束在所述工件之前具有低至200eV的能量。

15.根据权利要求9所述的带状离子束离子植入机系统的架构，其特征在于其中所述的实质上平行的带状离子束实质上没有能量污染。

说明书

技术领域

本发明涉及一种离子植入，特别是涉及一种带状离子束植入机系统的架构。

背景技术

离子植入为用于将导电性更改杂质引入或掺杂进半导体晶圆中的标准技术。典型的离子植入过程使用高能离子束来将杂质引入工件(work piece)，即，半导体晶圆中。如所熟知的，以均一深度以及剂量来将杂质引入晶圆中以确保将形成的半导体装置适当地操作为重要的。
请参阅图1所示，三维地示意性展示离子进入晶圆中的现有习知的植入。X-轴以及Y-轴组成横向离子束扫描平面。离子束是(希望)平行于Z-轴来传送且撞击晶圆的平坦表面。X-轴水平地垂直于Z-轴。在带状离子束系统中，离子束为沿着X-轴的带状物。Y-轴垂直地垂直于离子束平面(即，XZ-座标平面)。藉由上下移动晶圆来沿着平行于Y-轴的另一扫描路径来上下扫描晶圆。
低能量(高电流)离子束经由离子植入机系统的输送归因于离子束的空间电荷(space-charge)的大散焦效应(large defocusingeffect)而为困难的。此情形可藉由提取(extracting)以及质量分析(mass-analyzing)具有较高能量(例如，＞约10kV)的离子束，且接着使离子束减速至在离子束接近晶圆时可低至约200eV的最终能量来减轻。然而，在之前以及在减速期间经中和的任何离子可能未充分减速，且将以较高能量来冲射于晶圆上，导致有害的能量污染(energycontamination)。
对于涉及藉由带状物在平面中的分散来对带状离子束进行质量分析，导致扇型带状离子束的系统而言，亦需要使离子束平行化，此平行化在目前是由扇形电磁(sector electromagnet)来执行的。对于各种不同类型的装置以及过程的适当操作而言，控制离子束的平行或角度为重要的。杂质植入的深度部分地取决于离子束沿着所要方向(通常垂直于半导体的晶体结构)的平行。因此，在植入期间控制离子束的角度以维持离子轨迹相对于晶圆的晶体结构的所要平行(亦即，所要方向)为重要的。详言之，尤其对于高能植入以及通道植入(channeled implant)而言，为了达成可重复植入结果，离子束的角度应为已知的且受控制的使其与平行于所要方向之间的误差范围小于1°。在扇型带状离子束方面，若平行化是在减速透镜后完成的，则将输送长度增加至系统，此进一步削弱低能束至晶圆的传送。注意，此扇形平行化透镜相当大，且在减速后可将多达1m增加至离子束输送。
鉴于前面的描述，此项技术需要一种提供带状离子束的加速/减速以及平行化而不将长度增加至离子植入机系统的方法。

发明内容

本发明揭露一种带状离子束离子植入机系统的架构。在一实施例中，架构包括：加速/减速平行化透镜系统(acceleration/decelerationparallelizing lens system)，其用于接收扇型带状离子束且用于将扇型带状离子束至少平行化(且或许亦加速或减速)为实质上平行的带状离子束；以及能量过滤系统(energy filter system)，其在加速/减速平行化透镜系统的下游且在将由实质上平行的带状离子束植入的工件之前。加速/减速平行化透镜系统包括用于至少平行化(且或许亦加速或减速)扇型带状离子束的透镜以及用于使实质上平行的带状离子束加速或减速的加速/减速透镜。平行化透镜允许高电流带状离子束以可下降至低至约200eV的能量来传送至工件。能量过滤系统提供实质上没有能量污染的实质上平行的带状离子束。
本发明的第一态样提供一种离子植入机系统，系统包含：带状离子束产生器，其用于产生扇型带状离子束，带状离子束产生器包含质量解析孔；加速/减速平行化透镜系统，其在带状离子束产生器的质量解析孔的直接下游，用于将扇型带状离子束至少平行化为实质上平行的带状离子束；以及能量过滤系统，其在加速/减速平行化透镜系统的下游且在将由实质上平行的带状离子束植入的工件之前。
本发明的第二态样提供一种离子植入工件的方法，方法包含下述步骤：输出在包含质量解析孔的带状离子束产生器内产生的扇型带状离子束；将扇型带状离子束由带状离子束产生器的质量解析孔直接引导至加速/减速平行化透镜系统；实质上同时将扇型带状离子束平行化以及加速或减速为实质上平行的带状离子束；在平行化步骤的后立即自带状离子束过滤能量污染；以及将实质上平行的带状离子束植入工件中。
本发明的第三态样提供一种带状离子束离子植入机系统的架构，架构包含：加速/减速平行化透镜系统，其用于接收直接由质量解析孔来的扇型带状离子束且将扇型带状离子束至少平行化为实质上平行的带状离子束；以及能量过滤系统，其在加速/减速平行化透镜系统的下游且在将由实质上平行的带状离子束植入的工件之前。
本发明的说明性态样经设计成能解决本文所描述的问题以及熟习此项技术者可发现的未讨论的其他问题。

附图说明

图1是展示晶圆的离子束植入的三维视图。
图2是展示包括根据本发明的一较佳实施例的架构的带状离子束离子植入机系统。
图3是展示根据本发明的离子植入方法的一较佳实施例的流程图。
100：架构                 102：带状离子束离子植入机系统
104：带状离子束产生器     106：离子源
108：质量分析磁铁         110：质量解析孔
112：带状离子束           120：加速/减速平行化透镜系统
122：能量过滤系统         124：扇型带状离子束
126：弯曲静电板           128：工件
S1-S4：步骤

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的带状离子束植入机系统的架构其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得一更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。
请参阅图2所示，是展示包括根据本发明的一较佳实施例的架构100的带状离子束离子植入机系统102。离子植入机系统102包括可能会包括(例如)离子源106、质量分析磁铁108以及质量解析孔(massresolving aperture)110的带状离子束产生器104。离子植入机系统102可为(例如)以超过10毫安(milli-Amps；mA)传送离子束的高电流系统。如所指示的，初始离子束可使用现有习知的窄缝提取点至点光学系统(发散实线)或长缝提取平行至点光学系统(平行虚线)来产生。在任何情况下，质量分析磁铁108改善初始离子束。应认为上述带状离子束产生器104仅为说明性的且可采用本发明的范畴内的其他系统。
在一实施例中，架构100包括加速/减速平行化透镜系统120以及能量过滤系统122。加速/减速平行化透镜系统120(在下文中为“透镜系统120”)(亦即)自带状离子束产生器104且详言之质量解析孔110接收扇型带状离子束124。扇型带状离子束124可扩展至(例如)约35cm。术语“带状”指示离子束在横向上实质上为狭长的。透镜系统120将扇型带状离子束124至少平行化为实质上平行的带状离子束112，且亦可使带状离子束124加速或减速。透镜系统120包括一组用于使扇型带状离子束124平行化以及或许加速或减速的弯曲静电板(electrostatic plate)126以及一组用于使实质上平行的带状离子束112加速或减速的加速/减速透镜130。请注意，因为质量解析孔110提供在一组弯曲静电板126处高度均一的扇型带状离子束124，所以此等板(透镜)126的槽需要具有均一宽度。在透镜系统120下游的能量过滤系统122在将由实质上平行的带状离子束112植入的工件128之前移除能量污染。能量过滤系统122可包括任何现今已知或稍后开发的磁性或静电(或两者的组合)的能量过滤系统，此种能量过滤系统通常使实质上平行的带状离子束112弯曲以移除中性离子。
因为距工件128的距离缩短，所以透镜系统120允许实质上平行的带状离子束112在工件128之前(在加速后)以可下降至低至约200eV的能量来传送至工件128，此为优于现有习知的系统的低能量达成的改良。能量过滤系统122提供实质上没有能量污染的实质上平行的带状离子束112。另外，由于一组至少平行化(且或许亦加速或减速)透镜126以及加速/减速透镜130经整合，所以与现有习知的系统相比，实质上平行的带状离子束112至工件128的行进距离减少。举例而言，在一实施例中，透镜系统120可能会具有不小于约25cm且不大于约30cm的长度。另外，在一实施例中，能量过滤系统122可能会具有低至约20cm的长度。累计地，架构100可能会具有不大于50cm的长度，与现有习知的的独自为1m长的扇形平行化透镜相比，长度显著减少。
请参阅图3所示，是展示根据本发明的离子植入方法的一较佳实施例的流程图。在另一实施例中，本发明包括一种离子植入工件的方法。第一步S1，使用(例如)带状离子束产生器104来产生扇型带状离子束124。在一实施例中，带状离子束产生器包括离子源106、质量分析磁铁108以及质量解析孔110，三者共同产生扇型带状离子束124。接着，在步骤S2中，(例如)使用透镜系统120来将扇型带状离子束124实质上同时地平行化以及加速或减速为实质上平行的带状离子束112。在步骤S3中，(例如)使用能量过滤系统122来在平行化步骤后立即自实质上平行的带状离子束112过滤能量污染。最后，在步骤S4中，将实质上平行的带状离子束112植入工件128中。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。