[发明专利]具有束流减速器的离子注入机系统

说明书

技术领域

本发明涉及离子束的注入领域，特别涉及一种具有束流减速器的离子注 入机系统。

背景技术

离子注入是一种把原子或分子引入目标工件衬底的制程，此制程通常被 称为掺杂，它能改变材料的属性。离子注入是一个在大规模集成电路的制 造中常见的制程，离子注入也可用于薄膜沉积等与制造光学仪器或显示仪 器(如平板显示器)等相关的制造工艺。一个典型的离子注入机包括一个 产生离子束的离子源；一个离子束选择、成型和传输系统，它包括使用磁 场的离子束质量分析系统；以及一个靶室，用于处理将注入离子束的半导 体硅晶片。对于低能量注入系统，在靶室之前还增加减速装置以减低离子 束能量。

现代的低能高电流离子注入的要求是期望获得能量低至100eV电流达 1毫安量级的离子束，通常，低能大电流离子束是通过减低高能离子束的能 量来获得的，比如，低能量离子束(例如0.1到5keV)是从高能量离子束 (例如5到20KeV)减速得到的。然而，通常的减速器是直线减速器，直线 减速器有如下缺点。一个缺点是，减速器上游的部分离子与真空室里的残 留气体的原子和分子相碰撞而失去电荷变成中性原子或分子，这些中性原 子或分子在减速器中不会受到减速，因而这些中性原子或分子具有减速器 之前的高能量。在注入过程中，这些中性原子或分子比低能离子进入到硅 晶片的更深处，通常此被称作能量污染，能量污染则会影响芯片的性能。 此外，中性原子或分子的产生率依赖于真空室内的真空度，而真空室内的 真空度很难每天都保持恒定，因而能量污染的程度每天在变化，这种变化 在芯片的制程中是不可容忍的。

能量污染的问题是众所周知的，人们也提出了一些解决方法。

1991年，加濑披露了偏转减速方法，见日本专利号4-284343，其中用 了一些倾斜的减速电极对离子束进行了一次偏转，由于离子束的偏转，目 标工件也需要倾斜，还需要重新定位，这种额外的倾斜和定位给目标工件 的设计和操作带来了问题。

1998年，黄披露了几个偏转减速装置，见美国专利号6441382，其中用 了一些电极对离子束进行多次偏转，并把离子束调回到原来的位置和方向。

2005年，陈和怀特披露了一个减速装置，见美国专利号7326941，其中 用了一些电极对离子束进行了多次偏转，并把离子束调回到原来的位置和 方向。

在垂直于离子束运动的方向上，减速系统的电极通常只有有限的宽度， 因此，电极的端部将会影响电场的分布，从而影响离子束的均匀减速和偏 转，这种效应通常被称为端部效应。当减速系统工作在大减速比时，端部 效应可能会大幅度增加，端部效应尤其对宽带束和扫描束有更大的影响， 因为宽带束和扫描束需要在宽带方向上得到均匀的减速和偏转。而在上述 的减速器装置中，都没有提出减小端部效应的方法。

因此，有必要给离子注入机提供新的改进的减速电极装置，它可更好地 适用于宽带束和扫描束，更好地减小端部效应，产生更均匀的低能量离子 束，更好地减小能量污染。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种具有束流减速器的离 子注入机系统，解决目前在离子注入系统中偏转减速装置端部效应明显、 不能产生均匀低能量离子束和产生较大能量污染的问题。

本发明解决现有技术问题所采用的技术方案是：设计和制造一种具有 束流减速器的离子注入机系统，包括离子束系统和靶室系统，该离子束系 统包括产生离子束的离子源和用以选择、成型和传输离子束到达靶室的电 磁装置，该靶室系统用来对目标工件进行扫描；还包括减速装置，其位于 所述靶室系统的上游位置并减小离子束的能量，并移除有害的上游中性分 子和原子；所述减速装置包括一系列电极对；所述电极对设置有侧电极。

本发明进一步的改进是：所述侧电极为单一电极；所述侧电极位于所 述电极对对应的上下电极对的两个端部的中间附近。

本发明进一步的改进是：所述侧电极为多个电极，所述多个电极基本 均匀分布于所述电极对对应的上下电极对的两个端部的间距间。

本发明进一步的改进是：所述离子束系统可以是圆形束离子束系统、 宽带束离子束系统、或/和扫描束离子束系统。