[发明专利]在离子注入器中调节离子束平行的方法和设备

说明书

本申请是申请日为2002年2月28日、申请号为02106603.5、发明名称为“在离子注入器中调节离子束平行的方法和设备”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及半导体晶片或其他工件的离子注入的方法和系统，更具体地，本发明涉及在离子注入器中调节离子束平行的方法和设备。

背景技术

离子注入是将改变传导性的掺合物引入到半导体晶片中规范技术。将所需的掺合物在离子源离子化，加速离子形成指定能量的离子束，将离子束指向晶片表面。离子束中带有能量的离子穿透进入半导体物质的疏松部分，并嵌入半导体物质的晶格中形成所需传导性的区域。

离子注入系统通常包括用来将气体或固体物质转换成界限分明的离子束的离子源。对离子束进行质谱分析以除去不需要的离子种类，然后将离子束加速到所需能量并指在目标平面上。通过离子束扫描，目标移动或通过离子束扫描和目标移动的结合，使离子束在目标区域分布。使用离子束扫描和目标移动相结合的离子注入器在1990年5月1日授予Berrian等人的美国专利No.4,922,106中公开。

在许多应用中将平行的离子束向半导体晶片的输送都是非常重要的必要条件。平行离子束是在半导体晶片表面上具有平行离子轨迹的离子束。在离子束扫描的情况中，要求扫描的离子束在晶片表面上保持平行。平行离子束可预防入射离子在半导体晶片的晶体结构中沟流，或者在需要沟流的情况中使得沟流均匀。通常，当需要离子束高度平行时使用连续离子注入器。

在一个方法中，离子束在一维扫描，这样离子束呈现从点分散，称为扫描源。然后将扫描离子束穿过实施聚焦的离子光学元件。离子光学元件将离子轨迹转换成平行离子轨迹以输送到半导体晶片上。聚焦可用角度校正器磁铁或用静电透镜来实施。角度校正磁铁可以产生弯曲和聚焦的扫描离子束。使用静电透镜可以获得平行离子束，但能量污染可能是一个缺点。

从角度校正器磁铁或其他聚焦元件输出的离子束可以是平行的，或可以是集中在一点的或分散的，这取决于离子束的参数和聚焦元件的参数。当使用角度校正器磁铁时，离子束的平行可通过改变角度校正器磁铁的磁场来调节。角度校正器磁铁一般具有单一的磁场调节作用，其改变平行或弯曲角度，或离子束方向。可以理解认为，离子注入器常常需要用来操作多种不同的离子种类和离子能量。当离子束参数改变时，需要重新调节角度校正器磁铁以恢复离子束的平行。

在先有技术的离子注入器中，通常调节角度校正器磁铁以使离子束在离子注入器末端位置的晶片平面上可具有垂直入射。然而，可在晶片平面上获得垂直入射的角度校正器的调节作用可能会产生不是最优化的平行。具体地讲，调节离子束以在晶片平面上垂直入射的离子束会有些程度的分散或集中。如在图8中所示，调节角度校正器磁铁，以使离子束200的中心射线垂直与晶片平面202。然而，当离子束200调节垂直与晶片平面202时，离子束200的平行会降级，这样离子束会集中在一点或分散。在一些很重要的应用中平行的缺陷是不可接受的。

在另一种方法，在通常情况下，角度校正器磁铁一般设计成最佳的平行状态，离子注入器末端位置定位成离子束垂直入射在晶片上。但是，离子束的平行和垂直入射在离子束参数的很宽范围不能保持，并且改变末端位置的定位非常困难。

因此，存在对调节离子注入器的离子束平行的改进的方法和设备的需要。

发明内容

依据本发明的第一个方面，提供了一种在工件中注入离子的方法。方法包括产生离子束的步骤，将离子束调节到平面中的所需的平行度的步骤，测定所述平面中的所调节的离子束的方向的步骤，绕垂直于所述平面的轴线将工件倾斜到相对于所测定的离子束方向的注入角度的步骤，以及对倾斜到注入角度的工件实施注入的步骤。

调节离子束的步骤可以包括将离子束调节到离子轨迹基本上是平行的。一般，离子束方向与离子注入器的离子束轴线方向不同。注入角度可以是零度，其中将工件的方向定为与所测定的离子束方向垂直。

工件可以包括半导体晶片，确定工件方向的步骤可以包括将半导体晶片倾斜到相对于所测定的离子束的方向的注入角度。

方法可进一步包括测定离子束的不平行角度的步骤。调节离子束的步骤可以离子束的测定不平行角度为基础。离子束的方向和离子束的不平行角度可使用移动离子束成型器和一个或多个离子束检测器来测定。