混合能量离子注入的制作方法

本发明大体上涉及一种离子注入系统，更具体地涉及一种用于向在工件的离子注入期间输送到工件的离子束提供连续可控的可变能量的系统和方法。

背景技术：

1、在半导体器件的制造中，采用离子注入以利用杂质来掺杂半导体。离子注入系统通常用于用来自离子束的离子来掺杂如半导体晶片的工件，以便在集成电路的制造过程中生成n型或者p型材料掺杂，或者形成钝化层。这种射束处理通常用于以预定能级和受控的浓度用特定掺杂剂材料的杂质选择性地注入晶片，以在集成电路的制造过程中产生半导体材料。在用于掺杂半导体晶片时，离子注入系统将选定的离子种类注入至工件中以产生所需的非本征材料。举例而言，注入从源材料(如，锑、砷或磷)产生的离子而产生“n型”非本征材料晶片，而“p型”非本征材料晶片通常由源材料(如，硼、镓或铟)产生的离子产生。

2、典型的离子注入机包括离子源、离子提取装置、质量分析装置、射束输送装置和晶片处理装置。离子源产生所需原子或分子掺杂剂种类的离子。这些离子由提取系统(通常是一组电极)从源中提取，该提取系统向来自源的离子流供能并引导其流动，从而形成离子束。在质量分析装置中从离子束中分离出所需的离子，该质量分析装置通常是对所提取的离子束进行质量分散或分离的磁偶极子。射束输送装置通常是包含一系列聚焦装置的真空系统，该射束输送装置将离子束输送到晶片处理装置，同时保持或改善离子束的所需特性。最后，半导体晶片经由晶片处置系统转移到晶片处理装置中和从晶片处理装置中转移出来，该晶片处置系统可以包括一个或多个机器人臂，用于将待处理的晶片置于离子束前，以及将处理过的晶片从离子注入机移除。

3、目前的离子注入技术建立了在特定条件下将离子注入到工件(也称为衬底或晶圆)中的配方。这样的配方导致注入到衬底内的离子的给定浓度和深度轮廓，其通常由所注入的掺杂剂的类型或所需种类、工件的密度和成分以及注入条件，例如注入种类的能量(其决定离子所注入的深度)、工件表面相对于离子束的注入角度(例如，倾斜或扭曲)以及注入总剂量来确定。另外，还可以在注入方案中控制诸如工件的温度和/或正在注入的离子的电荷状态(一个或多个)之类的变量，以提供所需的注入结果。

4、为了建立所需的掺杂剂分布，通常使用能量、剂量、倾斜或扭曲的不同组合在同一衬底上进行相同种类的多次注入。虽然剂量、倾斜和扭曲可在单次注入内通过将注入拆分成多个注入步骤进行调整，其中每个步骤具有不同输入参数，但要改变注入的能量以改变所注入的离子的深度通常可能需要对各种设置和/或施加到电源和/或离子注入系统的组件的电偏置信号进行重大调整和/或修改，以保持离子束的所需特性的完整性(例如，射束调谐)。这种调整和/或修改通常会增加用于设置离子注入系统的时间(所谓的调谐时间)，从而影响离子注入系统的生产率。此外，这些射束调谐步骤导致可能需要移除并重新定位工件支撑件(诸如用于将晶圆置放于离子束前面的压板或夹具)上的工件，从而可能进一步影响系统生产率以及产量。

技术实现思路

1、本公开提供了一种在单个连续注入工艺内注入能量分布(例如，以相等或不同的剂量和/或角度)的系统和方法。因此，以下给出了本公开的简化概述，以便提供对本发明的一些方面的基本理解。本概述不是本发明的广泛概述。其既不旨在识别本发明的关键或重要元素，也不旨在描绘本发明的范围。其目的在于以简化形式给出本发明的一些概念，作为随后呈现的更详细描述的序言。

2、根据本公开的一个示例性方面，提供了一种离子注入系统，其中，离子源被配置为电离掺杂剂材料并产生离子束。举例而言，束线组件位于离子源的下游，并且被配置为朝向工件输送离子束。例如，扫描装置被配置为沿着第一扫描轴相对于彼此扫描离子束和工件中的一个或多个，并且提供加速/减速级，并且该加速/减速级被配置为在离子束的输送期间接收离子束。终端站位于所述加速/减速级的下游，其中所述终端站包括工件支撑件，所述工件支撑件被配置为选择性地将所述工件定位在所述离子束的路径中。

3、举例而言，一个或多个电源可操作地耦合到加速/减速级，其中一个或多个电源被配置为向加速/减速级提供一个或多个电偏置信号。例如，加速/减速级被配置为基于一个或多个电偏置信号来限定离子束的多个能量。

4、举例而言，控制器被配置为在沿着第一扫描轴扫描离子束和工件中的一个或多个的同时，选择性地调制提供给加速/减速级的一个或多个电偏置信号。在一个示例中，一个或多个电偏置信号的选择性改变至少部分地基于离子束相对于工件的位置和跨工件的预定注入轮廓。

5、根据另一示例性方面，提供了一种用于离子注入的方法，其中将离子束导向工件，并且相对于彼此扫描离子束和工件中的一个或多个，以将离子注入到工件中。在扫描所述离子束和所述工件中的一个或多个的同时，至少部分地基于所述离子束相对于所述工件的位置和跨所述工件的预定注入轮廓选择性地改变所述离子束的能量。由此，在扫描的同时改变注入到工件中的离子的最终深度。

6、根据另一示例性方面，提供了一种离子注入系统，其具有被配置为产生离子束的离子源和加速/减速级。举例而言，加速级/减速级被配置为接收离子束以产生具有与其相关联的最终能量的最终离子束。例如，工件支撑件被配置为沿着最终离子束的路径选择性地定位工件，并且扫描装置被配置为沿着第一扫描轴和第二扫描轴相对于彼此扫描离子束和工件支撑件中的一个或多个。

7、举例而言，一个或多个电源可操作地耦合到加速/减速级，并且被配置为向加速/减速级提供一个或多个电偏置信号。举例而言，一个或多个电偏置信号可以包括电压和电流中的一个或多个。举例而言，波形发生器进一步可操作地耦合到一个或多个电源中的一个或多个，其中波形发生器被配置为可控地将波形施加至一个或多个电偏置信号。

8、此外，例如控制器可操作地耦合到一个或多个电源和波形发生器，其中控制器被配置为在扫描离子束和所述工件支撑件中的一个或多个的同时选择性地改变提供给加速/减速级的一个或多个电偏置信号。由此，离子束的多个能量以预定方式注入到工件。例如，其中提供给加速/减速级的一个或多个电偏置信号的选择性改变至少部分地基于波形、离子束相对于工件的位置以及注入到工件中的离子的预定能量。

9、根据又一示例性方面，提供了一种离子注入系统，其具有离子源，该离子源被配置为形成离子束并将所述离子束导向工件。例如，一个或多个束线组件被配置为沿着射束路径输送离子束，并且扫描装置被配置为沿着第一扫描轴选择性地反复地扫描离子束和工件中的一个或多个。加速/减速级位于扫描装置的下游，并且电源被配置为向加速/减速级提供电偏置信号。例如，控制器被配置为在沿着第一扫描轴反复地扫描离子束和工件中的一个或多个时，改变来自电源提供给加速/减速级的电偏置信号，从而选择性地改变沿着第一扫描轴注入到工件中的离子的最终能量。

10、在另一个示例中，提供了一种离子注入系统，其包括电源，该电源被配置为提供对应于预定波形的电偏置信号。例如，能量变化组件被配置为接收电偏置信号，以基于预定波形选择性地改变离子束至最终能量，其中最终能量是选择性可变的。

11、根据又一示例性方面，提供一种用于使用单个调谐配方以不同预定能量通过多个连续注入步骤对单个工件的离子注入工艺。该工艺包括配置离子注入参数，以以第一预定能量注入离子束，以及建立与第一预定能量相关联的第一最小离子束角度。基于与所述第一预定能量相关联的所述第一最小离子束角度的建立，相对于所述单个工件限定离子束方向角。例如，调整离子注入参数以以第二预定能量注入离子束，并且建立与第二预定能量相关联的最小离子束角度。例如，基于与第二预定能量相关联的最小离子束角度的建立，相对于工件进一步控制离子束方向角。此外，处理所述工件以在连续注入步骤中以第一预定能量和第二预定能量在其中注入离子，同时利用每个连续注入步骤相对于工件调整离子束方向。

12、在另一示例方面，提供了一种用于使用单个调谐配方以不同的预定能量通过多个连续注入步骤对单个工件的离子注入的方法，其中，配置一个或多个离子注入参数，以以第一预定能量注入离子束。进一步配置一个或多个离子注入参数，以以第二预定能量注入离子束，以及以第一预定能量和第二预定能量将离子束连续地注入到工件中。

13、在又一示例性方面中，提供一种用于使用单个调谐配方以不同预定能量通过多个连续注入步骤对单个工件的离子注入的方法。例如，配置一个或多个离子注入参数，以以第一预定能量注入离子束，并且建立与所述第一预定能量相关联的最小离子束角度。基于与所述第一预定能量相关联的所述最小离子束角度的建立，相对于所述工件限定第一离子束方向角，并且控制所述一个或多个离子注入参数，以以第二预定能量注入离子束。例如，进一步建立与第二预定能量相关联的最小离子束角度，并且基于与第二预定能量相关联的最小离子束角度的建立，相对于工件限定第二离子束方向角。进一步，以第一预定能量和第二预定能量将离子连续地注入到工件中，同时相对于离子束控制相应的第一离子束方向和第二离子束方向。

14、为了实现前述及相关的目的，本公开包括以下在权利要求中充分描述和特别指出的特征。以下描述和附图详细阐述了本发明的某些说明性实施例。然而，这些实施例指示了可以使用本发明的原理的多种方式中的若干方式。当结合附图考虑时，本发明的其它目的、优点和新颖特征将从本发明的一下详细描述中变得显而易见。