专利名称：偏转加速/减速间隙的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及离子注入系统，且更具体而言涉及适用于离子注入系统的加速间隙。
背景技术：
离子注入系统在集成电路制造中被用以使半导体掺杂以杂质。在这些系统中，离子源使所需掺杂元素离子化，所述所需掺杂元素以具有所需能量的离子束形式从所述源中被提取出来。离子束随后被引导至半导体晶片表面处以便将掺杂剂元素注入晶片。例如在晶片中晶体管器件的制造过程中，射束离子穿透晶片表面以形成具有所需电导率的区域。典型的离子注入器包括用于产生离子束的离子源、包括用于利用磁场对离子束进行质量分辨的质量分析设备的束线组件以及包含要注入离子束的半导体晶片或工件的靶室。
为了实现给定应用的所需注入，注入离子的剂量和能量可产生变化。离子剂量控制给定半导体材料的注入离子浓度。通常情况下，大电流注入器用于进行大剂量注入，而中等强度电流注入器用于更低剂量的应用。离子能量用以控制半导体器件中的结深，其中射束离子的能级决定离子注入程度或注入离子的深度。朝向越来越小的半导体器件的继续趋势需要用以在低能量条件下输送大射束电流的机构。大射束电流提供了必要的剂量水平，而低能量允许进行浅层注入。
此外，朝向半导体晶片上的更高器件密度的继续趋势要求仔细控制扫过工件的注入射束的均匀性。另一种继续趋势是朝向越来越大的半导体晶片尺寸，例如300mm直径的晶片。结合更高的器件密度，更大的晶片尺寸增加了单个晶片的成本。结果是，在避免或减轻与报废晶片相关联的费用方面，对注入均匀性和其它参数的控制比以前更关键了。
发明内容
下文中提出了简明的概要以便提供对本发明的一个或多个方面的基本理解。该概要不是本发明的广泛综述，并且既不旨在确定本发明的关键或决定性元件，也不旨在描述本发明的范围。相反地，概要的主要目的是以简化形式提出本发明的一些概念作为随后提出的更详细描述的前序。
本发明针对一种用于使离子束中的离子加速/减速的加速器或加速结构和相关方法。该加速器和相关方法适用于在半导体制造过程中将离子选择性地注入工件或晶片内以对晶片区域进行选择性掺杂。除了使离子加速和/或减速外，本发明的多个方面用以使离子束中的离子聚焦以及偏转。这通过引导离子束通过电极而得以实现，所述电极具有穿过其形成的电位。由于射束内的电中性污染物不受电位影响且继续大体上沿离子束的初始路径行进，因此离子束还得以净化。电极还被布置以便使射束不得不行进通过加速器的距离减至最小，由此减轻射束放大的倾向。
根据本发明的一个方面，一种适于将离子注入工件内的加速器包括第一电极和第二电极，所述第一电极具有其中形成的第一孔，所述第二电极具有其中形成的第二孔。第一和第二电极进行取向以便大体上彼此平行，且第一和第二孔对齐以使得大体上垂直于第一和第二电极的轴线穿过第一和第二孔之间限定出的间隙且穿过第一和第二孔中的重合点(coincident point)。当离子束进入第一孔内且通过第二孔离开时，第一和第二电极之间形成的电位导致大体上沿轴线行进的离子束中的离子根据电位偏压被加速或减速。加速器还包括位于第一和第二电极之间和间隙上面的第一中间间隙电极，以及位于第一和第二电极之间和间隙下面的第二中间间隙电极。第一和第二中间间隙电极之间形成的电位导致离子束内的离子偏转远离所述轴线。
根据本发明的另一个方面，一种适于将离子注入工件内的加速器包括用于使离子束中的离子加速/减速的装置和用于通过使离子束内的离子偏转远离离子束大体上行进所沿的轴线而使离子束弯曲的装置。用于加速/减速的装置和用于弯曲的装置彼此独立地操作以分别使射束加速/减速和弯曲。
根据本发明的又一个方面，适于将离子注入工件内的用于使离子加速/减速的方法包括在第一对电极之间形成电位以使离子束中的离子加速/减速以及在第二对电极之间形成电位以使离子束中的离子偏转。
为实现前述和相关目标，下列描述和附图详细阐述了本发明的某些示例方面和实施方式。这些仅表示了根据本发明的原理可采用的多种方式中的少数方式。通过对本发明的下列详细描述并结合附图进行考虑时，将易于理解本发明的其它方面、优点和新颖特征。
图1是示出了根据本发明的一个或多个方面的离子注入系统的组成部分的示意框图；图2A是示出了根据本发明的一个或多个方面的离子注入系统的横截面侧视图；图2B是根据本发明的一个或多个方面的离子注入系统的示意图；图3示出了根据本发明的一个或多个方面的处于减速模式的电极的聚焦效应；图4示出了根据本发明的一个或多个方面的处于加速模式的电极的聚焦效应；图5示出了根据本发明的一个或多个方面的处于减速模式的电极的弯曲效应；图6示出了根据本发明的一个或多个方面的处于加速模式的电极的弯曲效应；图7是根据本发明的一个或多个方面的加速器的一个实例的横截面透视图；和图8是示出了根据本发明的一个或多个方面的用于使离子束中的离子加速/减速的方法的流程图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明进行描述，其中自始至终使用相似的附图标记表示相似的元件。示例说明和下列描述本质上是示例性而不是限制性的。因此，应该意识到，所述系统和方法的变型以及偏离在此所述的那些实施例的其它实施方式被视为落入本发明和所附权利要求的范围内。
本发明涉及用于使离子束中的离子加速/减速的加速器和相关方法。加速器和相关方法适于在半导体制造过程中将离子选择性地注入工件或晶片内以对晶片区域进行选择性掺杂。除使离子加速和/或减速之外，本发明的多个方面用以使离子束中的离子聚焦以及偏转。这通过引导射束中的离子通过电极而得以实现，所述电极具有穿过其形成的电位。由于射束内的电中性污染物不受电位影响且继续大体上沿离子束的初始路径行进，因此离子束还得以净化。电极还被布置以便使射束不得不行进通过加速器的距离最小化，由此减轻射束放大的可能。
首先参见图1，以框图形式示出了适于实施本发明的一个或多个方面的离子注入系统100。系统100包括用于产生沿射束路径的离子束104的离子源102。离子束源102例如包括具有相关动力源108的等离子源106。等离子源106例如可包括相对较长的等离子约束室，离子束从所述约束室中被提取出来。
束线组件110被设置在离子源102下游以从其中接收射束104。束线组件110包括质量分析器112以及加速结构114，所述加速结构例如可包括一个或多个根据本发明的一个或多个方面的间隙。束线组件110位于沿所述路径的位置以接收射束104。质量分析器112包括场产生部件，例如磁体(未示出)，并且操作以提供穿过射束路径的场以便根据质量(例如电荷质量比)使来自离子束104的离子以不同轨迹发生偏转。行进通过磁场的离子经受引导具有所需质量的单个离子沿射束路径移动且使具有不需要质量的离子偏转远离射束路径的力。
一个或多个加速间隙114可操作以使射束内的离子加速和/或减速从而在工件中实现所需深度的注入，以及通过以下面更详细地讨论的方式使射束弯曲且从射束中分离出污染中性微粒而净化射束。进一步地，加速间隙114还可操作以使射束聚焦。因此，应该意识到，尽管术语加速器和/或加速间隙在此可用于描述本发明的一个或多个方面，但是这些术语并不旨在进行狭义解释从而限于对加速的字面解释，而是旨在进行广义解释以便其中包括减速以及方向上的改变。进一步应该意识到，可在通过质量分析器112进行磁分析之前以及之后应用加速/减速装置114。
终端站116还被设置在系统100中以从束线组件110中接收进行了质量分析的净化离子束104。终端站116沿射束路径支承一个或多个工件例如半导体晶片(未示出)用以利用进行了质量分析的净化离子束104进行注入。终端站116包括用于使一个或多个靶工件和离子束104相对于彼此进行平移或扫描的靶扫描系统118。靶扫描系统118可提供成批或顺序注入，例如正如在给定环境、操作参数和/或目的下可能需要地。
现在参见图2A，图中略微更详细地示出了适于实施本发明的一个或多个方面的典型离子注入系统200。系统200包括离子源202、束线组件204和靶或终端站206。允许终端站206相对于束线组件204移动的膨胀不锈钢波纹管组件208连接终端站206和束线组件204。
离子源202包括等离子室210和离子提取器组件212。能量被传递给可离子化的掺杂气体以在等离子室210内产生离子。尽管本发明可适用于通过源202产生负离子的系统，但是通常情况下产生的是正离子。借助包括多个电极214的离子提取器组件212通过等离子室210中的狭缝提取正离子。因此，离子提取器组件212作用以从等离子室210中提取出正离子束216以及使提取离子加速进入束线组件204内，且更具体而言进入束线组件204内的质量分析磁体218内。
质量分析磁体218包括由具有侧壁224且由真空泵226提供抽空的金属(例如铝)射束导引装置限定出的通路222内的弯曲射束路径220。沿该路径220传播的离子束216受到质量分析磁体218产生的磁场的影响从而排斥具有不适当电荷质量比的离子。该偶极磁场的强度和取向受电子控制装置228的控制，所述电子控制装置通过磁连接器230调节通过磁体218的场绕组的电流。
偶极磁场导致离子束216沿弯曲射束路径220从离子源202附近的第一或入口轨道232移动至通路222出口端附近的第二或出口轨道234。包括具有不适当电荷质量比的离子的射束216的部分236和238偏转远离弯曲轨道且进入射束导引侧壁224内。以这种方式，磁体218仅允许射束220中的那些具有所需电荷质量比的离子全部横穿通过通路222。
束线组件204据说还可包括根据本发明的一个或多个方面的加速器240。加速器240包括多个电极242，所述电极被布置且加偏压以使离子加速和/或减速，以及以下面更详细讨论的方式使离子束聚焦、弯曲和净化。还可包括剂量测定指示器例如法拉第标志244(Faradyflag)以检测离子束的样本电流。还可包括等离子源246以提供用于中和(正)电荷的等离子簇射248，所述(正)电荷要不然将作为靶工件被带(正)电离子束216注入的结果而积聚在靶工件上。可进一步包括真空泵250以对加速器240进行抽空。
加速器240的下游是终端站206，所述终端站206包括上面安装有要进行处理的一个或多个晶片254或其它工件的支座252。晶片支座252存在于靶平面中，所述靶平面大体上垂直于注入射束方向进行取向，尽管晶片支座还可以明显不同于所示出和所描述的角度进行取向。晶片支座例如还可采取能够使晶片移动通过射束的机械臂或旋转圆盘的形式。图2A示出了圆盘形状的晶片支座252，其通过终端站206处的马达256进行旋转。因此当晶片沿圆形路径移动时，离子束撞击安装到支座上的晶片。终端站206围绕点258进行枢转，所述点是离子束路径260和晶片254的交点，以使得靶平面围绕该点258可进行调节。
应该意识到，离子和本底或残留微粒之间的碰撞可在加速器上游的区域中产生中性污染微粒。这种碰击可导致一些离子与本底或其它微粒交换电荷，由此变成中性微粒或污染物。这些中性微粒可被注入到晶片上要掺杂以离子的区域中，由此稀释预期的掺杂水平且对掺杂工艺产生不利影响。更重要地，因为这些微粒是电中性的，因此它们能够未受影响(例如，未被加速、减速、聚焦、弯曲或要不然在速度和/或方向上产生改变)地通过加速器，且更具体而言通过由电极产生的静电场。正因为此，这些微粒可注入晶片内所需深度处，这是因为它们(未受影响)的能级将可能不同于已经通过加速器且受其调节的离子束中的弯曲、聚焦、加速和/或减速离子的能级。该中性微粒污染可使所得半导体器件的所需性能受到严重削弱。
本发明的一个或多个方面至少通过利用加速器中的一个或多个电极242使离子束弯曲而使离子偏转远离射束内的中性污染物解决了中性微粒污染问题。净化的离子束例如可自污染物路径偏转约5至25度之间的角度，由于污染物是电中性的，因此污染物不受电极影响，因此所述偏转还发生于(污染)离子束的初始路径。离子束被引导到工件上以碰击要进行掺杂的工件的选择区域。应该意识到，一些类型的屏障例如可被安放在中性微粒流前面以防止污染物碰击工件或晶片。
还应该意识到，本发明的一个或多个方面还针对与离子束放大相关的问题。射束放大作为相似带电微粒相斥性质的结果而产生。形成离子束的带正电离子由于所谓“空间电荷力”而相互排斥。空间电荷效应与离子束能量的平方成反比，且因此可随射束中离子的减速而增加，使得射束更易分散或放大。由于空间电荷力，离子束的横向展宽成比例于(m/q)×(Iz2/U3/2)]]>其中m是离子质量，q是离子电荷，I是射束电流，U是射束能量，且z是离子束的行进距离，假设离子束是均匀的且具有圆形横截面。因此可意识到，射束放大的可能性随着射束行进距离的增加而增加。因此，如果离子束行进通过长的距离到达晶片，那么使得所有离子更难以到达晶片，特别是在射束减速且存在大的射束电流或射束内离子浓度的情况下。本发明的一个或多个方面至少通过布置加速器内的电极以便使射束到达靶晶片不得不行进的距离最小化以及通过使射束聚焦以形成相反空间电荷感应的射束分散而针对射束放大。
图2B示出了适于实施本发明的一个或多个方面的另一种离子注入系统262。系统262包括模块化的气体箱264、辅助气体箱266和气体箱吹扫遥控板268。气体箱264、268其中包括一种或多种掺杂物质的气体，且箱264、268有利于将气体选择性地输送入系统262内的延长寿命离子源282内，其中气体可进行离子化以产生选择性地带进系统262内的适于注入晶片或工件内的离子。气体箱遥控板268有利于在需要或所需基础上将气体或其它物质排放或吹扫出系统262。
其中，可包括高压终端配电装置272和高压隔离变压器274以使掺杂气体电受到激发并将能量传送给掺杂气体从而从气体中产生离子。离子束提取组件276被包括以从离子源282中提取离子并使它们加速进入束线装置278内，所述束线装置包括质量分析磁体280。质量分析磁体280可操作以分出或排斥电荷质量比不适当的离子。具体而言，质量分析磁体280包括具有弯曲侧壁的射束导引装置，当具有不希望质量电荷比的离子通过由质量分析磁体280的磁体产生的一个或多个磁场传播通过射束导引装置时，所述离子碰撞进入所述弯曲侧壁内。
根据本发明的一个或多个方面，部件284可被包括以辅助控制扫描离子束的角度。该部件其中可包括扫描角度校正透镜。加速/减速柱286有利于控制和调节离子束内离子的速度和/或使所述离子聚焦。部件288可操作以滤出污染微粒，例如根据本发明的一个或多个方面还包括最终能量过滤器以减轻污染微粒碰击晶片或工件的能量。本发明的本实例将286和288的效应结合在一个结构内。
晶片或工件290被装载进入终端站室292内用以利用离子进行选择性注入。机械扫描驱动装置294操控室292内的晶片以有利于射束的选择性碰击。晶片或工件290通过晶片操纵系统296移动进入终端站室292内，所述晶片操纵系统例如可包括一个或多个机械或机器人臂297。操作员控制台298允许操作员通过选择性地控制系统262的一个或多个部件调整注入工艺。最后，配电箱299被包括以为整个系统262供电。
结合图3描述和讨论根据本发明的一个或多个方面设置的加速器300的离子束聚焦性质。第一电极302和第二电极304被分别设置具有其中形成的第一孔306和第二孔308。第一电极302和第二电极304大体上彼此平行，且孔306、308限定出电极302、304之间的间隙310，大体上垂直于电极302、304的轴线312可通过所述间隙以便与第一孔306和第二孔308相交。间隙310具有大体上等于第一电极302和第二电极304之间距离的宽度314，和大体上等于第一孔306和第二孔308高度的高度316。然而，应该意识到，图3(以及在此包括的所有其它图)中所示的元件、功能部件、部件和/或零件未按照适当比例或相对于彼此成比例示出。通过实例，间隙310和孔306、308可在图3中相对于其实际尺寸显著放大。
在操作中，通过对第一电极302和第二电极304施加不同偏压320、322在电极302、304之间产生静电场318。由于内部电场通过孔306、308泄漏，因此孔306、308影响电场分布。同样，由于静电场在限定出孔306、308的电极302、304的端部326周围卷曲，因此场力线324弯出并进入间隙310内。应该意识到，在图3所示实例中，当场力线如场力线324上的箭头方向所示从第二电极304指向第一电极302时，电极302、304加偏压以使通过间隙310的离子减速。
在图3中示出了通过间隙的离子束中离子的两条轨道328、330以说明聚焦效应。应该意识到，这些轨道本质上是示例性的且实际离子的轨道可与这些轨道328、330有所不同。在减速过程中，当离子通过第一孔306进入间隙310时，场力线324推动离子远离穿过间隙310的轴线312。然而，当离子初始进入间隙310时，由于它们未显著减速，因此它们仍具有大量能量和动量。场力线324因此在该点处对离子轨道具有最小影响，且如332和334处所示，离子仅被轻微推离轴线312。然而，当离子继续通过间隙时，它们的减速程度越来越大且场力线324因此对离子的相应轨道具有更大的影响。当离子大约通过间隙310的半途时，场力线324推动离子朝向穿过间隙310的轴线312，如336和338处所示。当离子接近第二孔308时，它们已被显著减速且具有大大减少的动量。结果是，场力线324在大得多的程度上影响离子轨道，导致它们朝向轴线310会聚，如340处所示。因此，总净效应是离子束产生会聚或聚焦。应该意识到，为了进行阐述，图3所示的会聚量可以是夸大的。
另外应该意识到，在离子束加速的情况下，离子束聚焦的该总净效也适用。如图4所示，其中对第一电极302和第二电极304加偏压以使得场力线324指向从第一电极302朝向第二电极304的方向从而使离子加速通过间隙310。当离子通过第一孔306进入间隙310时，场力线324朝向轴线312推进所述离子，如342和344处所示。当离子初始相当慢地移动且具有很小的动量时，在该点处它们受到相当显著地推进。然而当离子继续通过间隙时，它们继续加速且获得了增大的动量。正因为此，一旦离子约到达间隙310的中途点处，由于离子加速通过间隙310且离开第二孔308，因此场力线对其轨道的影响作用很小。总净效应因此再次是离子束产生会聚，如346处所示，所述会聚为阐述目的可以是夸大的。
现在参见图5，图中更详细地描述了根据本发明的一个或多个方面的加速器500。加速器500包括第一电极502和第二电极504和一对中间电极板。第一电极502和第二电极504大体上彼此平行且分别包含第一孔506和第二孔508。在孔506、508之间限定出间隙510且电极502、504被布置以使得大体上垂直于第一电极502和第二电极504的轴线512穿过间隙510且穿过第一孔506和第二孔508。
中间电极板包括上部中间间隙电极514和下部中间间隙电极516。在第一电极502和上部中间间隙电极514之间限定出上部第一子间隙区域518。在第一电极502和下部中间间隙电极516之间限定出下部第一子间隙区域520。相似地，在第二电极504和上部中间间隙电极514之间限定出上部第二子间隙区域522，且在第二电极504和下部中间间隙电极516之间限定出下部第二子间隙区域524。离子束526通过间隙510且例如自轴线512偏转例如约12度，且在间隙510下游的点528处聚焦。
在所示实例中，描述了具体偏压以有利于讨论加速器500的操作。然而，应该意识到，为了本发明的目的，可在电极之间施加任何适当偏压以实现所需结果(例如加速、减速和/或偏转程度)。然而，图5中的偏压值对于说明离子束526的减速是有效的。
离子束526，且更具体而言其中包括的离子以初始能级(例如在所示实例中为6KeV)通过第一孔506进入间隙510。为了使射束中的离子加速或减速，对第一电极502和第二电极504加不同偏压以使得其间存在电位差，且当离子通过第一电极502和第二电极504之间的间隙510时，离子经受相应的能量增大或减少。例如，在图5所示的实例中，当离子从具有负4KV偏压的第一电极502到达具有零电位(例如接地)的第二电极504时，离子经历4KeV的能量下降。因此当离子通过间隙510且经受4KeV的能量下降时，6KeV的初始能量减少至2KeV。因此一旦离子束526离开间隙510且进入间隙510下游的中性区域530，其将具有特定的所得能级(例如在所示实例中为2KeV)。
应该意识到这是真实的，而与离子通过间隙510可采取的路径无关。例如，在所示实例中，进入第一电极502和下部中间间隙电极516之间的下部子间隙520的离子将加速处于比进入第一电极502和上部中间间隙电极514之间的上部子间隙518的离子加速所处速率更大的速率。这是因为第一电极502和下部中间间隙电极516之间的电位差比第一电极502和上部中间间隙电极514之间的电位差更大(即，对于下部子间隙520为负2.5KV(负4KV减负6.5KV)且对于上部子间隙518为负0.5KV(负4KV减负4.5KV))。
然而，该加速差异被上部中间间隙电极514和下部中间间隙电极516与第二电极504之间相应的电位差所抵消。例如，在所示实例中，第二电极504偏压至零(例如接地)。因此，来自下部第一子间隙520的离子比来自上部第一子间隙518的离子更大程度地减速。这抵消了离子进入间隙时其加速的差异，以使得当离子离开间隙时，它们都具有大体上相同的能量(例如2KeV)。来自下部第一子间隙520的离子将更大程度地减速，这是因为当它们穿过下部第二子间隙524时将不得不横穿负6.5KV(例如，下部中间间隙电极516的负6.5KV偏压减去第二电极504的零伏偏压)。相反地，来自上部第一子间隙518的离子将更少程度地减速，这是因为当它们穿过上部第二子间隙522时仅不得不横穿负4.5KV(例如，上部中间间隙电极514的负4.5KV偏压减去第二电极504的零伏偏压)。因此，不考虑它们采取的不同路径和它们下落的能级，离子以大体上相同的能级(例如2KeV)从间隙效应显露出来。
应该意识到，上部中间间隙电极514和下部中间间隙电极516起到至少两个作用即射束弯曲和将射束拉入间隙510内以减轻射束放大。中间间隙板514、516通常彼此加不同的偏压以使得在其间产生静电场从而使射束根据偏压向上或向下弯曲。在示出的实例中，例如，上部中间间隙电极514和下部中间间隙电极516分别加偏压至负4.5KV和负6.5KV。假设射束包括带正电的离子，该电位差导致通过间隙510的带正电离子受力向下朝向带更负电的下部中间间隙电极516，最终导致射束526向下弯曲或偏转(例如约12度)。
上部中间间隙电极514和下部中间间隙电极516之间以及第一电极502和第二电极504之间的电位差通过影响射束526中的离子如何进入间隙510而减轻射束放大。这可能是必要的，这是因为进入射束可处于或接近最大射束电流(例如离子浓度)且因此可具有径向向外发散或放大的更大倾向，特别是一旦进入空间电荷将增加的静电场后。例如，在图5所示的实例中，上部中间间隙电极514和下部中间间隙电极516相对于第一电极502的电压加负向偏压(例如，相对于负4KV分别为负4.5KV和负6.5KV)。该电位差将射束526内的离子拉入间隙510内。正因为此，射束526加速进入上部第一和下部第一子间隙518、520内且由此减轻了射束放大。这与射束聚焦效应(图3和图4)相结合有利于使射束510通过加速器结构500内的间隙510，而不损失射束526的容量。
应该意识到，可设计上部中间间隙电极514和下部中间间隙电极516的布置、构型和/或形状以有利于控制射束透镜效应。通过实例，在图5的示例说明中，下部中间间隙电极516相对于上部中间间隙电极514具有略微减少的宽度且还具有略斜切的角532。这些调节基本上阻遏了当接近下部中间间隙电极516的离子由于施加偏压的差别而承受更强的加速和/或减速时，所述离子受到的增强的透镜效应。然而，应该意识到，为了本发明的目的，这些电极514、516可具有任何适当构型，包括相同的形状。还应该意识到，射束可以加速、减速和/或漂移(例如零加速/减速)模式弯曲，这是因为主要负责射束弯曲的上部中间间隙电极514和下部中间间隙电极516，与主要负责射束510加速/减速的第一电极502和第二电极504大体上独立地操作。
所有电位差的总净效应是射束526中离子的聚焦和偏转。在未受电极效应阻止的射束中的中性微粒继续沿平行于轴线512的初始射束路径行进时，产生射束净化。随后污染物例如可碰击一些类型的屏障或吸收结构(未示出)，所述屏障或吸收结构使污染物停止前进且保护任何工件不与污染物接触。相反地，偏转离子束526的轨道致使其适当地碰击和掺杂工件的选择区域(未示出)。应该意识到，电极的布置(例如上部中间间隙电极514和下部中间间隙电极516在第一和第二电极502、504中间)还用以减轻射束放大，这是因为这种构型使射束526碰击晶片之前不得不行进的距离最小化。通过使射束526产生偏转(例如通过上部中间间隙电极514和下部中间间隙电极516)且同时使射束聚焦(例如通过第一电极502和第二电极504)，而不是使这些弯曲和聚焦阶段顺序布置，终端站可位于更接近加速器的位置。
根据本发明的一个或多个其它方面，加速器500还可包括上部和下部抑制电极534、536。抑制电极用以在晶片和中性区域530上游的电位之间产生势垒。例如转到示出了离子束加速的图6，抑制电极534、536分别加偏压至负4KV，尽管本发明预期到任何偏压值。偏压布置产生延伸出且进入中性区域530的负势垒538。在没有这种抑制电极534、536和所形成势垒538的情况下，其它电极的正电位540可透出并进入中性区域，所述中性区域与终端站(未示出)相邻，且将电子从射束526以及可能存在于晶片上或附近的那些物质中拉出。这样能够干扰由等离子体溢流(plasma flood)实现的空间电荷控制，所述等离子体溢流供给电子进入终端站附近的射束内且目的是中和或减少对晶片的充电，所述充电要不然作为将带正电离子注入晶片内的结果而发生。终端站上游的正电位540可吸引中和电子的等离子体远离晶片，致使潜在的射束放大和晶片充电。由抑制电极534、536产生的负势垒或壁屏障538将使电子转向，所述电子要不然则被电位540拉离终端站。
第三电极542也被包括在根据本发明另一个方面的器件500内。在图5和图6所示的实例中，第三电极具有零电位(例如接地)。该电极上的电位对于终止来自抑制电极534、536的场538是有效的。应该意识到，尽管抑制电极与(弯曲)射束526的任一侧大体上等距以便产生大体上对称的势垒构型，但本发明预期到了各种布置。
此外，尽管已经结合图6对抑制电极534、536进行了描述，应该意识到，器件的操作与结合图5所述的操作大体上相似，但是射束526被加速而不是被减速且射束526的焦点在页面之外。图6所示的典型值用以将射束的能级从80KeV增加至120KeV，使射束加速了1.5倍。当离子横穿上部第二子间隙区域522和下部第二子间隙区域524时，射束526中的正离子将被加速。
转到图7，图中示出了根据本发明的一个或多个方面的典型加速器700的横截面透视图。加速器包括大体上彼此平行的第一、第二和第三电极702、704、706。电极702、704、706分别具有在其中形成的相应的孔708、710、712。孔708、710、712限定出穿过器件700的间隙714，以使得被引过间隙714的轴线716与孔708、710、712中的重合点相交。上部和下部中间间隙电极718、720被分别并置在间隙714上面和下面以及第一和第二电极702、704之间。相似地，上部和下部抑制电极722、724分别被并置在间隙714上面和下面以及第二和第三电极704、706之间。在所示实例中，下部中间间隙电极720具有斜角726或减少畸变聚焦(aberrant focusing)的设计形状。
现在参见图8，图中示出了根据本发明的一个或多个方面的用于使离子束中的离子加速/减速的典型方法800。这种加速/减速例如可适用于在半导体制造过程中将离子选择性地注入工件或晶片内以对晶片区域进行掺杂。尽管方法300在下文中被示出和描述为一系列行为或事件，但应该意识到，本发明不受这些行为或事件所示顺序的限制。例如，根据本发明的一个或多个方面，一些行为可以不同顺序发生和/或与偏离在此阐述和/或描述的那些行为或事件的其它行为或事件同时发生。此外，实施根据本发明的方法并不需要所有所示步骤。此外，可结合在此阐述和描述的结构的形成和/或加工以及结合其它未示出结构而实施根据本发明的方法。
方法由框802开始，其中在第一对电极之间形成电位以使离子束中的离子加速/减速。应该意识到，还可利用该加速/减速电位使离子束中的离子聚焦。在框804中，随后在第二对电极之间形成电位以使离子束中的离子偏转。在框806中，在第一和第二电极对下游的第三对电极之间形成电位以抑制来自第一和第二对电极的电位延伸出并进入中性区域内。方法随后结束。
应该意识到，离子束可包括未受形成电位影响的中性微粒。由于中性微粒未偏转远离离子束的初始路径且未由电位聚焦或加速/减速，因此所述中性微粒从离子束中的离子中分离出来。还应该意识到，离子束可行进通过分别在形成第一对电极的第一和第二电极内形成的第一和第二孔之间限定出的间隙，且第二对电极可包括位于第一对电极之间和间隙上面的第一电极，和也位于第一对电极之间但位于间隙下面的第二电极。该布置使得电极构型紧凑，使得射束不得不行进的距离最小化且由此减轻了射束放大。
尽管上面已经结合某些方面和实施例对本发明进行了阐述和描述，但应该意识到本领域的技术人员在阅读和理解本说明书和附图后将会想到等效改变和变型。具体就上述部件(组件、器件、电路、系统等)执行的各种功能而言，用以描述这种部件的术语(包括结合“意味着(means)”)旨在对应于，除非要不然明确说明，执行所述部件的特定功能(即功能上等效)的任何部件，即使在结构上不等效于执行在此所述的本发明的典型实施例中的功能的所披露结构。在这方面，还应该认识到，本发明可包括计算机可读取介质，其具有用于执行本发明的各种方法的步骤的计算机可执行的指令。此外，尽管已经仅结合多个实施例中的一个对本发明的具体特征进行了披露，但是这种特征可与可所需的其它实施例的一个或多个其它特征以及任何给定或特定应用的优点结合。此外，在术语“包括(including)”、“包括(includes)”、“具有(having)”、“具有(has)”、“具有(with)”或其等效物被用于详细说明和权利要求中的程度上，这种术语旨在以类似于术语“包括(comprising)”的方式具有包容性。此外，在此使用的术语“典型(exemplary)”仅意味着实例，而不是最佳的执行方式。
权利要求
1.一种适于将离子注入工件内的加速结构，包括具有形成在其中的第一孔的第一电极；具有形成在其中的第二孔的第二电极，所述第一电极和第二电极大体上彼此平行且所述第一孔和第二孔对齐以使得大体上垂直于所述第一电极和第二电极的轴线通过所述第一和第二孔之间限定出的间隙且通过所述第一和第二孔，其中当离子束进入所述第一孔内且通过所述第二孔离开时，所述第一和第二电极之间形成的电位致使大体上沿所述轴线行进的离子束中的离子根据电位偏压被加速或减速；位于所述第一和第二电极之间且位于所述轴线上面的第一中间间隙电极；和位于所述第一和第二电极之间且位于所述轴线下面的第二中间间隙电极，其中所述第一和第二中间间隙电极之间形成的电位致使所述离子束内的所述离子偏转远离所述轴线。
2.根据权利要求1所述的加速结构，所述离子束进一步包括电中性微粒，所述第一和第二中间间隙电极之间形成的电位不影响所述电中性微粒从而使得所述电中性微粒通过所述间隙且沿大体上平行于所述轴线的方向继续行进且由此从所述偏转离子束中被分离出来。
3.根据权利要求2所述的加速结构，所述电中性微粒不受所述第一和第二电极之间形成的所述电位的影响，从而使得所述电中性微粒不被所述加速器加速和减速。
4.根据权利要求3所述的加速结构，所述第一和第二电极之间形成的所述电位还导致所述离子束内的所述离子会聚。
5.根据权利要求4所述的加速结构，所述电中性微粒不会聚且沿大体上平行于所述轴线的方向继续行进，以便从所述偏转会聚离子束中被分离出来。
6.根据权利要求1所述的加速结构，所述第一和第二中间间隙电极大体上彼此平行。
7.根据权利要求1所述的加速结构，所述中间间隙电极中的一个具有斜角。
8.根据权利要求1所述的加速结构，所述第一和第二中间间隙电极具有不同宽度。
9.根据权利要求5所述的加速结构，进一步包括位于所述第一中间间隙电极下游且位于所述间隙上面的第一抑制电极；和位于所述第二中间间隙电极下游且位于所述间隙下面的第二抑制电极，其中所述第一和第二抑制电极之间形成的电位产生了防止所述间隙内的电位延伸出且进入所述加速器下游的中性区域的势垒。
10.根据权利要求9所述的加速结构，进一步包括具有形成在其中的第三孔的第三电极，所述第三电极大体上平行于所述第一和第二电极，且所述第三孔与所述第一和第二孔对齐以使得所述轴线通过所述第一、第二和第三孔中的重合点，其中施加到所述第三电极上的电位用以终止所述抑制电极产生的势垒。
11.一种适于将离子注入工件内的加速结构，包括用于使离子束中的离子加速/减速的装置；和用于通过使所述离子束内的离子偏转远离所述离子束大体上行进所沿的轴线而使所述离子束弯曲的装置，其中所述用于加速/减速的装置和所述用于弯曲的装置彼此独立地操作以分别使所述射束加速/减速和弯曲。
12.根据权利要求11所述的加速结构，所述用于加速/减速的装置还使所述离子束中的离子聚焦。
13.根据权利要求12所述的加速结构，所述离子束进一步包括中性微粒，所述中性微粒既不受所述用于加速/减速的装置的影响也不受所述用于弯曲装置的影响，从而使得所述中性微粒继续大体上沿所述轴线行进且由此从所述离子束内的所述离子中被分离出来。
14.根据权利要求11所述的加速结构，所述用于弯曲的装置位于所述用于加速/减速的装置的部件之间。
15.一种适于将离子注入工件内的用于使离子加速/减速的方法，包括在第一对电极之间形成电位以使离子束中的离子加速/减速；以及在第二对电极之间形成电位以使所述离子束中的离子偏转。
16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括在第三对电极之间形成电位以抑制来自所述第一和第二对电极的所述电位延伸出且进入中性区域内。
17.根据权利要求15所述的方法，所述第一对电极之间形成的所述电位还使所述离子束中的离子聚焦。
18.根据权利要求15所述的方法，所述离子束进一步包括中性微粒，所述中性微粒不受来自所述第一和第二对电极的所述电位的影响，以使得所述中性微粒继续大体上沿所述离子束的初始路径行进且由此从所述离子束内的所述离子中被分离出来。
19.根据权利要求18所述的方法，所述第二对电极位于所述第一对电极的第一和第二电极之间。
20.根据权利要求19所述的方法，所述离子束行进通过分别在所述第一和第二电极内形成的第一和第二孔之间限定出的间隙，所述第二对电极中的第一电极位于所述间隙上面且所述第二对电极中的第二电极位于所述间隙下面。
全文摘要
披露了一种用于使离子束中的离子加速/减速的加速结构和相关方法。所述结构和相关方法适用于在半导体制造过程中将离子选择性地注入工件或晶片内以对所述晶片区域进行选择性掺杂。除了使离子加速和/或减速外，本发明的多个方面用以使离子束中的离子聚焦以及偏转。这通过引导所述离子束通过电极而得以实现，所述电极具有穿过其形成的电位。由于所述射束内的电中性污染物不受电位影响且继续大体上沿所述离子束的初始路径行进，因此离子束还得以净化。电极还被布置以便使所述射束不得不行进的距离最小化，由此减小射束放大的可能。
文档编号H01J37/147GK1777972SQ200480010693
公开日2006年5月24日 申请日期2004年2月20日 优先权日2003年2月21日
发明者R·拉思梅尔, B·范德伯格 申请人:艾克塞利斯技术公司