[发明专利]离子注入设备

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种离子注入设备。

背景技术

离子注入技术是把某种元素的原子电离成离子，并使其在几十至几百千伏的电压下进行加速，在获得较高速度后射入置于真空靶室中的工件表面的一种离子束技术。工件在经过离子注入后，其表面的物理、化学及机械性能均会发生显著的改变。

目前，采用离子注入技术在单晶或多晶硅中掺杂，已经成为了制造现代集成电路的一种常规工艺过程。由于半导体产品的生产逐渐趋向于较大的半导体晶圆(从8英寸到12英寸，而现在已向18英寸发展)，单晶圆工艺(一次处理一片晶圆)最近已被广泛地采用。

随着晶圆工件越来越大，一方面，离子注入所需的时间越来越长，因此要想达到一定的注入剂量均匀性和注入角度均匀性也越来越难，另一方面，单晶圆工艺对注入到晶圆工件的离子束的束流角度分布和均匀性的要求又十分严格，因此这便给针对离子束的束流角度分布和束流强度分布的控制技术提出了新的较高的要求。

到目前为止，人们已经陆续提出了下述的几种离子注入技术：

第一类离子注入技术所采用的是带状束流。所谓带状束流是指，该离子束横截面的高宽比非常大，即其横截面在高度方向上的尺寸远大于宽度方向上的尺寸，当然这里的“高度方向”和“宽度方向”仅表示相对方向而非绝对方向。这类技术的典型例子如美国专利5,350,926和7,326,941所述。在这类技术中，将离子束横截面在高度方向上的尺寸调节为超过晶圆工件的尺寸，并把离子束在该高度方向上的束流角度分布和束流强度分布调整均匀，然后使离子束相对于工件在该宽度方向上做扫描运动，便可以完成对工件的离子注入加工。这类技术的优点是：简单易行、注入剂量均匀性较高、生产效率较高。而该类技术的缺点则是：1)随着晶圆工件的尺寸越来越大，要想在将离子束横截面在该高度方向上的尺寸调节为超过晶圆工件的尺寸的情况下，将离子束在该高度方向上的束流角度分布和束流强度分布均调整均匀已经变得越来越困难，随之而来的便是调整束流所需的时间越来越长，这会对生产效率造成很大的影响；2)角度和剂量分布的耦合性还会使注入角度的控制变得比较困难，这容易导致产品的良品率降低；3)由于晶圆是圆形的，因此离子束在扫描的过程中会不断地进出晶圆，这会使得部分的离子束最终打在了晶圆外面，从而造成大量的离子束被浪费掉。

第二类技术采用的是斑状束流。这类技术的典型例子如美国专利7,326,941和7,276,712所述。斑状束流的横截面尺寸相对于晶圆尺寸来说较小，因此通常是使离子束相对于晶圆工件做二维扫描运动，图1-4所示便为几种常见的扫描方式，其中的实线表示的均是离子束第一轮在晶圆的表面上扫描通过时的注入轨迹，而虚线表示的则均是在晶圆旋转180°后离子束第二轮在晶圆的表面上扫描通过时的注入轨迹。该类技术的优点为：相对于采用带状束流的技术而言，注入剂量的均匀性以及注入角度的均匀性均更好。然而，该类技术的缺点也是比较显著的：1)离子束的扫描次数过多，导致生产效率不高，尤其是当晶圆的注入剂量要求较低的时候，由于出于注入均匀性的考虑仍然需要满足一定的扫描次数，此时甚至需要降低束流流强来满足注入剂量的要求，这对生产效率的提高非常不利；2)与采用带状束流的技术一样，离子束在扫描的过程中会不断地进出晶圆，因此同样会有部分的离子束打在了晶圆外面，造成大量的离子束被浪费掉；3)离子束与晶圆之间的相对二维扫描运动实际上是通过使用于固定晶圆的工件支架做高速的一维直线式或圆弧式轨迹的往复机械扫描来实现的，而这样的工件移动装置的机械设计难度显然较高，并且制造费用也会较高，在运行时的稳定性也会较差；4)工件支架除了需要高速扫描以外，还需要在与扫描方向相垂直的方向上逐渐步进，这使得工件移动装置所需实现的运动模式更加复杂，机械设计难度进一步提高，制造费用进一步提高，而运行稳定性则进一步降低。

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技术生产效率较低、离子束利用率较低、机械设计难度较高的缺陷，提供一种能够提高离子束的利用率、保证注入的剂量均匀性和角度均匀性、降低离子束的束流调整难度及耗时、提高离子注入的生产效率、降低设备的机械设计难度及制造费用、并提高设备的运行稳定性的离子注入设备。