[发明专利]改善离子束传送的技术

说明书

技术领域

本发明一般而言是关于基板处理技术，且尤其是关于一种用于改善带状射束离子植入器中的离子束传送的技术。

背景技术

在半导体制造中，使用离子植入来改变基板的部分的材料性质。实际上，离子植入已成为用于将改变传导率的杂质引入半导体晶片中以生产各种基于半导体的产品的标准技术。在离子植入制程中，通常使所要的杂质材料在离子源中离子化，使离子加速以形成指定能量的离子束，且使离子束导向半导体晶片的表面。离子束中的高能离子渗透入主体半导体材料中且嵌入晶片的主体半导体材料的晶格中，以形成所要传导率的区域。

离子植入系统通常包括用于将气体或固体材料转换成经良好界定的离子束的离子源。可对离子束进行质量分析以消除不恰当的种类，使离子束加速至所要的能量，且接着将离子束引导至目标区(通常为半导体材料的晶片的表面)上。可藉由通过射束扫描、目标区移动或藉由通过射束扫描与目标区移动的组合而将离子束分布于目标区上。习知现有的离子植入器的实例揭露公开于以下专利中：恩格(Enge)于1981年6月30日发证授权的美国专利第4,276,477号；特那(Turner)于1981年8月11日发证授权的美国专利第4,283,631号；弗赖特西斯(Freytsis)等人于1990年2月6日发证授权的美国专利第4,899,059号；贝里恩(Berrian)等人于1990年5月1日发证授权的美国专利第4,922,106号； 及怀特(White)等人于1994年9月27日发证授权的美国专利第5,350,926号。

目前用于硅中的离子植入的离子种类包括具有在小于1千电子伏特至大于80千电子伏特范围内的能量的砷、磷、锗、硼以及氢。通常需要在数微安培至数毫安培范围内的离子电流。提供大于约0.5毫安培的植入电流的工具通常被称作“高电流”植入器。半导体业界趋势正朝着小于1千电子伏特的离子植入能量以及小于1度的入射角控制的方向发展。

离子植入系统的最近改进为引入带状射束技术。在此技术中，将到达工件的离子组织成带状离子束，当工件在射束下方经过时，带状离子束均匀地涂布工件。使用此带状射束技术存在显著成本优点。举例而言，对于圆盘型植入器，带状射束技术消除使圆盘扫描经过离子束的必要性。对于单一晶片植入器，仅需在入射的带状射束下方沿着单一维度移动晶片，从而大大简化终端站的机械设计且消除对横向电磁扫描的需要。使用经适当成形的带状射束，经由单次一维通过，在工件上的均匀剂量密度是可能的。

产生及处理带状射束的技术挑战是非平凡的，因为带状射束/终端站配置通常必须产生优于1％的剂量均匀性、优于1度的角度准确性，以及在小于1千电子伏特的离子能量下操作。颁予怀特(White)等人的名称为“高电流带状射束离子植入器(High current ribbon beam ionimplanter)”的美国专利第5,350,926号以及名称为“压缩高电流宽射束离子植入器(Compact high current broad beam ion implanter)”的美国专利第5,834,786号提供带状射束技术的一些特征。

在带状射束离子植入器中，尽管在工件处可使用相对低的能量，但常常需要以相对较高的能量使离子束传送经过大多数射束线元件。其原因为以末级所需的较低能量水平传送离子束将造成发生空间电荷扩散。因此，在一些离子植入装置中，使用减速器以正好在离子束入射在基板上之前将离子能量减少至所要的水平。

现有的带状射束植入器的常见问题在于：一些离子可在与沿着射束线的残余气体的电荷交换反应中损失其电荷。已发生电荷交换反应的离子(本文中称作“中性粒子(neutrals)”)不受减速器影响。因此，其可能以较高能量水平冲击目标基板。目标基板的此高能量污染是不希望的且显然可对所得的经植入的装置产生负面影响。

一种减轻中性粒子影响的方法为在离子植入器中正好在减速器级之后应用能量过滤器。此种能量过滤器通常有效地防止高能量中性粒子到达目标。然而，此解决方法的缺点在于：经减速的低能量射束即使传送小段距离也非常困难，因为其经受大的空间电荷扩散。因此，使射束传送经过能量过滤器变得有问题，因为其将倾向于过度包括(overly inclusive)。也就是说，其将不良地衰减所要的离子且防止所要的离子以所要的能量及以所要的浓度到达基板。此外，仅有限量的电流可传送经过此过滤器，常常使射束平行性显著降级。

鉴于上述，将需要提供一种用于分离带状射束离子植入器中的离子与中性粒子以克服已知系统的某些或所有上述不准确性以及缺点的技术。