一种用带状离子束注入工件的离子注入系统的制作方法
本技术属于半导体离子注入工艺，具体地涉及一种用带状离子束注入工件的离子注入系统。
背景技术：
1、随着半导体工业的发展，对于离子注入工艺的要求也更趋于精准。现有的离子注入系统结构例如申请公开号为us5350926a的美国实用新型专利(本专利说明书附图2)所示，其结构复杂且成本较高，并且仅能够产生尺寸为300mm的带状离子束。用于产生离子束的系统中，电磁铁分析器为关键部件之一，要求其能够提供良好的场均匀性，并具有分辨率高、重量轻等特性；现有技术方案尚不能较佳地满足目前高品质先进半导体工艺的要求。
技术实现思路
1、基于现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种用带状离子束注入工件的离子注入系统，通过对系统结构及方法的多方面优化改进，提供了边缘场的紧密控制以提供良好的场均匀性，并且实现了电磁铁结构更为紧凑且重量轻等效果。
2、依据本实用新型的技术方案，本实用新型提供了一种用带状离子束注入工件的离子注入系统，所述离子注入系统包括：
3、离子源，其具有槽状开口的、用于产生在水平和垂直两个方向上发散的带状离子束；
4、高分辨率电磁铁分析器，其用于从行进的带状离子束中分离不需要的离子种类的，其将带状离子束在其窄尺寸上聚焦成线焦点；
5、具有狭缝的分辨槽，其使得聚焦的带状离子束通过所述狭缝传输，所述狭缝阻挡不需要的污染物；
6、四极线性透镜，其能够产生所需强度的四极场，所述四极场将带状离子束在其较长尺寸上聚焦，从而使离子束轨迹近似平行；以及，
7、注入机构，使工件以设定速度沿带状离子束窄尺寸方向穿过带状离子束，从而有效地将所需剂量的离子注入工件。
8、进一步地，所述高分辨率电磁铁分析器包括有围绕带状离子束的行进路径的弓形磁轭结构，弓形磁轭结构包括有弓形壁结构，弓形磁轭结构的两端分别为用作带状离子束的入口的开口端和出口的开口端，弓形磁轭结构的弓形壁结构围成用作带状离子束的空间通道的内部空间区域。
9、更进一步地，带状离子束的行进路径具有预定曲线形状，预定曲线形状包括有半径范围0.25米至4米的圆弧段以及范围在50度至100度之间的固定曲率角。
10、优选地，用带状离子束注入工件的离子注入系统还包括磁场梯度可调节以控制带状离子束均匀性的多极透镜。
11、优选地，用带状离子束注入工件的离子注入系统还包括离子束流密度诊断器，启用于确定带状离子束注入到工件的束流密度、角度和束流位置。
12、优选地，所述高分辨率电磁铁分析器还包括有近似镜像对称的两个环形线圈，两个环形线圈平行地设置为对准的阵列，每个环形线圈均包括若干分立线圈，环形线圈的两端为端部弯曲段，同一环形线圈的两个端部弯曲段的弯曲方向相同；环形线圈中形成有一组按顺序串联的多个导电段。
13、更优选地，对准的阵列中的其中一个环形线圈的两个端部弯曲段的弯曲方向与另一个环形线圈的两个端部弯曲段的弯曲方向相反。
14、更优选地，两个环形线圈沿着弓形磁轭结构的内表面定位在内部空间区域内，使得环形线圈两端的端部弯曲段分别从弓形磁轭结构的两个开口端中延伸出并与开口端相邻，两个环形线圈之间的间隙空间用作带状离子束的行进路径的限制边界。
15、更优选地，每个环形线圈包括顺序串联的八个导电段，分别为：
16、第一导电段：与带状离子束的行进路径的圆弧段大致平行的弯曲段；
17、第二导电段：向远离带状离子束的行进路径的中心轴所在的平面的方向上，相对于第一导电段弯曲了90°的弯曲段；
18、第三导电段：横跨离子束的行进路径拱起的弯曲段；
19、第四导电段：向靠近带状离子束的行进路径的中心轴所在的平面的方向上，相对于第三导电段弯曲了90°的弯曲段；
20、第五导电段：与带状离子束的行进路径的圆弧段大致平行且与第一导电段相对、走向与第一导电段相反的弯曲段；
21、第六导电段：向远离带状离子束的行进路径的中心轴所在的平面的方向上，相对于第五导电段弯曲了90°的弯曲段；
22、第七导电段：横跨离子束的行进路径拱起的弯曲段；
23、第八导电段：向靠近带状离子束的行进路径的中心轴所在的平面的方向上，相对于第三导电段弯曲了90°的弯曲段，连接到第一导电段形成环形。
24、进一步地，在所述高分辨率电磁铁分析器的出口一端外设置有具有狭缝的分辨槽，用于使带状离子束传输通过分辨槽的狭缝且从动量不同的污染物离子中分离出所需离子。
25、与现有技术相比，本实用新型用带状离子束注入工件的离子注入系统的有益技术效果如下：
26、1、本实用新型的用带状离子束注入工件的离子注入系统方案提供了一种具有镜像对称的成对线圈的对准阵列的框形电磁铁，其能够使高纵横比带状离子束弯曲不小于约50度且不大于约100度的角度，并且能够通过在带状离子束(几乎)聚焦处的分辨槽狭缝以进行质量分析。
27、2、本实用新型用带状离子束注入工件的离子注入系统的离子束的长横轴可超过弯曲半径的50％，与所产生的磁场对准；成对线圈的阵列和其对应磁性材料提供了边缘场的紧密控制，以提供良好的场均匀性，并且能够制造出比离子注入工业中常规使用的其它电磁铁类型更为紧凑且重量轻的结构；
28、3、本实用新型的用带状离子束注入工件的离子注入系统以低像差重新聚焦带状束以获得高分辨率，这在离子注入机中具有重要价值；在扩展和分析之后，通过使用小离子源和四极磁透镜来准直离子束来进一步减小系统尺寸；对可分析的离子束的纵横比没有基本限制。
29、4、本实用新型用带状离子束注入工件的离子注入系统可实现控制离子束流扩展角度小于10度；扩展离子束流在四极磁透镜磁铁得以准直，准直后的离子束流在几乎聚焦位置通过分辨槽狭缝而继续往目标处前行。
技术特征：
1.一种用带状离子束注入工件的离子注入系统，其特征在于，所述用带状离子束注入工件的离子注入系统包括：
2.根据权利要求1所述的用带状离子束注入工件的离子注入系统，其特征在于，所述高分辨率电磁铁分析器包括有围绕带状离子束的行进路径的弓形磁轭结构，弓形磁轭结构包括有弓形壁结构，弓形磁轭结构的两端分别为用作带状离子束的入口的开口端和出口的开口端，弓形磁轭结构的弓形壁结构围成用作带状离子束的空间通道的内部空间区域。
3.根据权利要求2所述的用带状离子束注入工件的离子注入系统，其特征在于，带状离子束的行进路径具有预定曲线形状，预定曲线形状包括有半径范围0.25米至4米的圆弧段以及范围在50度至100度之间的固定曲率角。
4.根据权利要求3所述的用带状离子束注入工件的离子注入系统，其特征在于，用带状离子束注入工件的离子注入系统还包括磁场梯度可调节以控制带状离子束均匀性的多极透镜。
5.根据权利要求4所述的用带状离子束注入工件的离子注入系统，其特征在于，用带状离子束注入工件的离子注入系统还包括离子束流密度诊断器，启用于确定带状离子束注入到工件的束流密度、角度和束流位置。
6.根据权利要求4所述的用带状离子束注入工件的离子注入系统，其特征在于，所述高分辨率电磁铁分析器还包括有近似镜像对称的两个环形线圈，两个环形线圈平行地设置为对准的阵列，每个环形线圈均包括若干分立线圈，环形线圈的两端为端部弯曲段，同一环形线圈的两个端部弯曲段的弯曲方向相同；环形线圈中形成有一组按顺序串联的多个导电段。
7.根据权利要求6所述的用带状离子束注入工件的离子注入系统，其特征在于，对准的阵列中的其中一个环形线圈的两个端部弯曲段的弯曲方向与另一个环形线圈的两个端部弯曲段的弯曲方向相反。
8.根据权利要求6所述的用带状离子束注入工件的离子注入系统，其特征在于，两个环形线圈沿着弓形磁轭结构的内表面定位在内部空间区域内，使得环形线圈两端的端部弯曲段分别从弓形磁轭结构的两个开口端中延伸出并与开口端相邻，两个环形线圈之间的间隙空间用作带状离子束的行进路径的限制边界。
9.根据权利要求8所述的用带状离子束注入工件的离子注入系统，其特征在于，每个环形线圈包括顺序串联的八个导电段，分别为：
10.根据权利要求8所述的用带状离子束注入工件的离子注入系统，其特征在于，在高分辨率电磁铁分析器的出口一端外设置有具有狭缝的分辨槽，用于使带状离子束传输通过分辨槽的狭缝且从动量不同的污染物离子中分离出所需离子。
技术总结
本技术公开一种用带状离子束注入工件的离子注入系统，所述离子注入系统采用高分辨率电磁铁分析器，高分辨率电磁铁分析器包括有围绕带状离子束的行进路径的弓形磁轭结构，所述高分辨率电磁铁分析器的出口一端外设置有具有狭缝的分辨槽，用于使带状离子束传输通过分辨槽的狭缝从而从动量不同的污染物离子中分离出所需离子；基于电磁铁分析器为核心模块的离子注入系统包括小型离子源和引出电极，离子束在电磁铁继续扩展，使得离子束的长轴达到目标长度，离子束在四极磁透镜磁铁得以准直，通过分辨槽而继续往目标处前行。本技术通过对结构及方法的多方面优化改进，能够更好地满足目前高品质先进半导体工艺的要求。
技术研发人员：陈炯
受保护的技术使用者：芯嵛半导体（上海）有限公司
技术研发日：20240202
技术公布日：2024/9/23