[发明专利]离子注入系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种离子注入系统，特别是涉及一种离子注入系统及方法。

背景技术

离子注入法用于把通常称之为杂质的原子或分子引入靶标基片，从而改变基片材料的性能。离子注入法不但是现代集成电路制造业中使用的一种常规工艺过程，其还可以用于平面显示器等光学器件或显示设备的制造，以及厚度可控、表面性能预定的薄膜沉积等等。

在某些应用场合下，特别是在以300mm或450mm的晶片甚至更大的基片作为注入靶标的情况下，较佳地采用带状离子束来进行注入。图1和图2所示均为现有的采用带状离子束进行注入的离子注入系统。在图1的离子注入系统中，一离子源和一引出装置1’生成发散的离子束，该发散的离子束在经过一质量分析磁铁2’的选择之后，被一磁透镜3’校准。在图2的离子注入系统中，由一离子源和一引出装置生成的发散离子束在经过一质量分析磁铁2”的选择之后，被两个校准器31”、32”校准。所谓的带状离子束是指，该离子束横截面的高宽比非常大，即其横截面的某一维度(在图1和图2中均为纵向)的尺寸要比其它维度的尺寸大得多，以至于在注入工位处该离子束的分布已经能够在例如纵向上覆盖整个待加工工件。由此，在上述两种离子注入系统中，只需将硅晶片或平面显示器等待加工工件沿着例如水平方向进行一维移动或扫描，便能够完成对其整个表面的离子注入过程。但是，为了在工件上获得均匀的离子注入剂量，该带状离子束在例如纵向上的强度分布必须被调整至一定的均匀度，这通常通过把一部分离子束从高密度区域移动至低密度区域来实现。然而，上述调整方法虽然能够保证离子束强度分布的均匀性，但是却损失了离子束的角度分布均匀性，这对先进的集成电路制造过程而言是不利的。

利用图2所示的离子注入系统还能够进行束斑状离子束的注入，该注入方式如图3所示，由一离子源和一引出装置生成的发散离子束在经过一质量分析磁铁2”的选择之后，被两个校准器31”、32”校准；与图2所示的情况不同的是，此时对两个校准器31”、32”进行不同的参数设置，使得当离子束到达注入工位时，其横截面的尺寸小于工件的尺寸，即该离子束将在工件上形成一束斑，然后通过将工件进行水平、垂直二维扫描，往复穿过该离子束来完成离子注入。

由于离子束与为了调整离子束的密度和角度均匀度而施加的磁场之间存在着复杂的相互作用，因此上述的种种离子注入方法均会产生严重的工艺问题，并由此导致整个离子注入系统的成本增加，并且还不得不采用更为复杂的工艺流程来实现离子注入的制程要求。特别地，由于上述系统的离子束传输路径比较长，在低能量、高束流的注入条件下，对离子束的均匀性控制以及对离子束内的角度偏差的控制便会变得越来越困难。

另外，在许多应用场合中都非常希望在离子能量低至200eV的情况下，也能够获得强度为几个毫安的束流。最高的束流流强一般是通过在到达目标靶标之前对离子束进行减速来获得的。然而，这种作法存在着以下缺陷：减速势必会引起离子轨迹的改变，从而导致角度误差的扩大，因此在采用经过扫描的离子束来进行注入的情况下，会使得对离子束的角度均匀性和剂量均匀性的控制变得更加困难。

因此，上述的各种离子注入系统均不适用于在采用高束流、高剂量并且具有角度均匀性的离子束的情况下来执行单晶圆工艺(即一次处理一片晶圆)。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的离子注入方式难以同时保证束流的剂量均匀性和角度均匀性，且成本较高、工艺复杂的缺陷，提供一种能够同时实现束流的剂量均匀性以及角度均匀性，且成本较低、工艺简洁的离子注入系统及方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种离子注入系统，其特点在于，其包括：一离子源和一引出装置，该引出装置用于从该离子源引出会聚的离子束；在该离子束的传输路径上依次设有：一质量分析磁铁，用于从该离子束中选择一预设荷质比范围内的离子束；一校正磁铁，用于校准该预设荷质比范围内的离子束；一工件扫描装置，用于使工件穿过该预设荷质比范围内的离子束以进行离子注入；该系统还包括：一设于该校正磁铁上游的扫描磁铁，用于扫描通过的离子束，以使注入工位处的该预设能量范围内的离子束在离子束扫描方向上的分布覆盖该工件，其中，离子束的扫描速度远大于工件的扫描速度，且离子束的扫描方向与工件的扫描方向相垂直；一设于注入工位处的束流测量装置，用于在离子束的扫描方向上测量束流的强度分布和角度分布。

较佳地，该扫描磁铁设于该引出装置与该质量分析磁铁之间的离子束传输路径上。

较佳地，该扫描磁铁设于该质量分析磁铁与该校正磁铁之间的离子束传输路径上。