[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

离子束注入机被广泛应用于半导体晶片的离子掺杂制程中。离子束注入机生成由所需类型离子组成的离子束，并将该离子束入射在半导体晶片工件的表面上，从而向工件表面“掺入”或注入所需的离子。

一用于执行高能量离子注入的离子注入机的结构如图1所示，参见美国专利US6,137112所述，该高能量离子注入机可产生束流能量为10～5000千电子伏的离子束14’。其中，该注入机包括离子源12’，用于提供构成离子束14’的离子，该离子束经由离子束传输路径注入工件或传输至晶圆制程腔16’。该注入机采用射频(RF)离子加速器18’将该离子束14’内的离子加速到足以达到所需离子束能量的高速度。适用于上述高能量离子注入机的射频离子加速器18’已由美国专利No.4667111(Glavish等)所公开。

上述的高能量离子注入机采用可旋转和平移的盘状支架来放置多个半导体工件。该支架支承在该离子注入机的注入制程腔内，在一次生产制程中，该支架的旋转和平移可以使每个工件都穿过离子束，从而可靠地并且精确地实现对注入剂量的控制，同时，由离子束产生的热量也能够较好地扩散，因为该些热能会平均地分散在上述多个晶片工件上。

图2所示即为现有的高能量离子注入机的结构模块图。如图所示，离子束由一离子源1生成，而后在该离子束的传输路径上依次设有一质量分析磁铁2、一直线加速器10、一终端能量过滤装置6以及一制程腔7。根据不同的制程需求，对系统中各个装置的参数进行调节，以在制程腔处实现预设的离子束强度和角度分布，并且在该制程腔7中设有一工件扫描装置，其中，由于在该系统中不具有束流扫描装置，因此，对应于不同的制程，该工件扫描装置均必须按照二维扫描的方式使工件穿过离子束，以实现均匀的离子注入。其中，为了实现对工件的传送，在该制程腔7处还设有一真空传送装置8以及一大气传送装置9。

然而，当晶片尺寸从200毫米增加至300毫米后，半导体制造业内便开始采用单晶片加工工艺。这种单晶片注入工艺已被广泛地应用于中束流离子注入机中，图3所示的即为一种在美国专利US6,777696中公开的中束流离子注入机。在这种注入机中，晶片支架的取向被设置为能够使得晶片工件处在离子束的传输路径中，并通过使离子束在晶片工件上进行往复的扫描来注入所需剂量的离子。当对当前晶片工件的注入完成之后，便将该工件从支架上取下，然后将下一个晶片工件放置到支架上开始进行离子注入。

具体地，图3所示的该中束流离子注入机262包括一个离子源282，该离子源用于使气体离子化而产生适合于注入晶片或工件的离子。离子束引出系统276用于从离子源282引出离子束，并使其加速进入包含有质量分析磁铁280的离子束传输路径278中。该质量分析磁铁280用于挑选出并清除质荷比不合适的离子。为了获得在工件上的均匀注入，该注入机还必须设有离子束扫描组件270和离子束准直组件284。该离子束准直组件284用于对经过扫描的离子束的角度进行控制。加速/减速管286则用于控制和调整离子束的能量。组件288用于过滤掉存在能量污染的离子。晶片或工件290被加载到晶圆制程腔292中以选择性地注入离子。机械扫描驱动装置294用于对晶圆制程腔292内的晶片进行操控，使晶片按照选定的方式穿过离子束。晶片或工件290通过晶片传送装置296被传送进晶圆制程腔292，该晶片传送装置296可以包括例如一个或多个机械手臂或机器人手臂297。

图4所示即为现有的中束流离子注入机的结构模块图。如图所示，离子束由一离子源1生成，而后在该离子束的传输路径上依次设有一质量分析磁铁2、一束流扫描装置3、一准直装置4、一变速装置(加速/减速装置)5、一终端能量过滤装置(可选)6以及一制程腔7。根据不同的制程需求，对系统中各个装置的参数进行调节，以在制程腔处实现预设的离子束强度和角度分布，并且在该制程腔7中设有一工件扫描装置，对应于不同的制程，该工件扫描装置可以选择按照一维或二维扫描的方式使工件穿过离子束，以实现均匀的离子注入。其中，为了实现对工件的传送，在该制程腔7处还设有一真空传送装置8以及一大气传送装置9。

传统的中、高能量离子注入机是两个完全不同类型的注入系统，参见图1-4所示。因此，离子注入机制造商便分别针对中束流和高能量离子注入这两种应用场合，相应地推出了两款不同类型的离子注入系统。但是，这势必会增加生产成本和执行离子注入制程时的操作复杂性。