局部離子注入設備及方法

2023-10-29 20:56:47 1

專利名稱：局部離子注入設備及方法
技術領域：
本發明 一般涉及離子注入設備和方法，更具體而言涉及局部離子注入設 備及方法。
背景技術：
許多單位工藝被形成來製作半導體存儲器，例如動態隨機存取存儲器(DRAM)。這些單位工藝包括堆疊工藝、蝕刻工藝、離子注入工藝、光刻 工藝等，且通常是在晶片內實施。離子注入工藝是這樣的工藝，其中注入硼 或砷的摻雜劑離子被強電場加速並穿過晶片的表面。材料的電學特性通過離 子注入工藝可以糹皮改變。在晶片所有範圍，通常始終以相同的劑量來將離子注入至晶片內。這在 離子注入工藝中是優選的，不過這也會負面地影響其它單位工藝。特定單位 工藝的結果為，堆疊膜的厚度或蝕刻程度在晶片所有範圍內變得不均勻，因 為每個單位工藝的許多參數無法精確地控制。因此，由於未精確控制的參數， 存在意外的容差。例如，在電晶體的製作中，結區域通常形成為具有輕摻雜 漏極(LDD)結構以抑止溝道相應。為此，間隔物膜形成於柵極的側壁上， 且深源極/漏極區域以間隔物膜和4冊極為離子注入掩才莫通過離子注入來形成。 然而，在執行以形成間隔物膜的單位工藝(堆疊工藝、掩模工藝和蝕刻工藝) 中，間隔物膜的長度或厚度在晶片所有範圍內無法基本上均勻。進而，離子 注入無法在晶片所有範圍內均勻地執行。也就是說，在晶片的中心和邊緣之 間存在摻雜劑劑量的偏差。由於該非均勻性，包括電晶體閾值電壓的許多參 數在同一晶片內是不同的。考慮到晶片朝尺寸增大發展的目前趨勢，這會導 致嚴重的問題。發明內容本發明公開了 一種通過期望地控制注入摻雜劑的能量來將離子注入晶 片的可離子注入區域的方法和設備。該設備通常包括離子束髮生器、以及能 夠減速離子束的能量的第一和第二減速單元。更具體而言，該第一減速單元能夠初級減速由該離子束髮生器產生的離子束的能量。該第二減速單元能夠 根據.晶片的可離子注入區域將被初級減速的該離子束的能量減速為第 一或 第二能量水平，其中離子將被注入該晶片的可離子注入區域。該第二減速單 元優選地包括能夠被施加電壓的至少一個電極。該設備優選地包括晶片支 架，該晶片支架可調節以定位該晶片的第 一 區域來接收具有該第 一能量的該 離子束並將其注入該第 一 區域內，以及可調節以定位該晶片的第二區域來接 收具有該第二能量的該離子束並將其注入該第二區域內。該晶片支架優選地 是可調節的，可旋轉的與/或是可變化地傾斜的，以沿基本上垂直於所注入的 離子束的方向來定位該晶片。根據一個實施例，以非均勻能量將離子注入晶片的局部離子注入設備包括離子束髮生器單元，用於產生離子束；第一減速單元，用於初級(最初) 減速由該離子束髮生單元產生的離子束的能量；以及後續第二減速單元，用 於根據該晶片的區域將被該第一減速單元初級減速的能量次級減速為不同 的第一或第二能量，其中離子束將被注入晶片的這些區域。該第二減速單元 優選地包括至少一個減速電極。通過將具有不同水平的電壓施加到該減速電 極，可以實現通過第二減速單元將該能量減速為第一或第二能量。該第二減 速單元優選地在離子束注入晶片的第一區域的情況下將該離子束的能量減 速為第一能量，以及在離子束注入晶片的第二區域的情況下將該離子束的能 量減速為第二能量。該局部離子注入設備優選地包括晶片支架(或支座)，用以支持該晶片， 使得離子束穿過第二減速單元而注入該晶片，以及用以移動該晶片，使得具 有第一能量的離子束注入晶片的第一區域且具有第二能量的離子束注入晶 片的第二區域。在各種優選實施例中，晶片支架能夠沿基本上垂直於所注入 的離子束的方向來定位該晶片，旋轉該晶片，與/或傾斜該晶片使得所注入的 離子束與晶片表面之間的角度是變化的。該方法通常包括提供具有第一和第二可離子注入區域；產生離子束； 將該離子束的能量減速到第一能量水平；以及隨後根據該晶片的區域，將該 第一能量水平的離子束的能量進一步減速到不同的第一或第二能量水平。該 方法還包括，將來自具有該第一能量水平的該離子束的離子注入到第一晶片 區域，並將來自具有該第二能量水平的該離子束的離子注入到第二晶片區 域。該方法還包括移動該晶片，使得來自具有該第一能量水平的該離子束的離子注入到該第一晶片區域，以及來自具有該第二能量水平的該離子束的離 子注入到該第二晶片區域。根據一個實施例，其中離子按非均勻能量注入晶片的局部離子注入方法包括產生離子束；初級(最初)減速該離子束；以及根據該晶片的區域， 將該初級減速的離子束次級減速到不同的第一或第二能量，使得具有第一能 量的該離子束注入到晶片的第 一 區域以及具有第二能量的該離子束注入到 晶片的第二區域。根據另一實施例，該方法可進一步包括移動該晶片，使得 具有第一能量的該離子束注入到晶片的第一區域，以及具有第二能量的該離 子束注入到晶片的第二區域。本領域技術人員在閱讀下述詳細說明，並結合附圖和權利要求，可以顯 見本發明的附加特徵。


參考下述詳細說明和附圖，從而更全面理解本發明。附圖中 圖1為依據本發明的局部離子注入設備的示意圖； 圖2為說明根據圖l設備的離子束的位置的離子束能量變化的曲線圖； 圖3為說明具有圖2的能量變化的離子束的注入濃度的曲線圖； 圖4至6為說明使用圖l設備的局部離子注入方法的實施例的視圖； 圖7說明使用圖4至6的局部離子注入方法注入到晶片的離子的注入濃 度的分布；以及圖8說明使用該局部離子注入方法注入到晶片的離子的注入濃度的另一 分布。儘管所披露的方法和設備可具有各種形式的實施例，不過在圖中說明 (且將在下文描述)具體實施例，應理解該公開內容是說明性的，而非旨在 將該方法和設備限制在此處所描述和說明的具體實施例。
具體實施方式
本發明披露了一種通過期望地控制注入摻雜劑的能量來將離子注入晶 片的可離子注入區域的方法和設備。該設備通常包括離子束髮生器、以及能 夠減速離子束的能量的第一和第二減速單元。更具體而言，該第一減速單元 能夠初級減速由該離子束髮生器產生的離子束的能量。該第二減速單元能夠根據晶片的可離子注入區域將被初級減速的該離子束的能量減速為第 一或 第二能量水平，其中離子將被注入該晶片的可離子注入區域。該第二減速單 元優選地包括能夠4皮施加電壓的至少一個電極。該設備優選地包括晶片支 架，該晶片支架可調節以定位該晶片的第 一 區域來接收具有該第 一能量的該 離子束並將其注入該第 一 區域內，以及可調節以定位該晶片的第二區域來接 收具有該第二能量的該離子束並將其注入該第二區域內。該晶片支架優選地 是可調節的，可旋轉的與/或是可變化地傾斜的，以沿基本上垂直於所注入的 離子束的方向來定位該晶片。該方法通常包括提供具有第一和第二可離子注入區域；產生離子束； 將該離子束的能量減速到第一能量水平；以及隨後根據該晶片的區域，將該 第一能量水平的離子束的能量進一步減速到不同的第一或第二能量水平。該 方法還包括，將來自具有該第一能量水平的該離子束的離子注入到第一晶片 區域，並將來自具有該第二能量水平的該離子束的離子注入到第二晶片區 域。該方法還包括移動該晶片，使得來自具有該第一能量水平的該離子束的 離子注入到該第一晶片區域，以及來自具有該第二能量水平的該離子束的離 子注入到該第二晶片區域。所披露的方法和設備在下文結合附圖予以更詳細的描述，其中不同附圖 中相同的參考數字表示相同或相似的元件。參考圖1，局部離子注入設備包 括離子束髮生單元，產生離子束；第一減速單元，初級(最初)減速由該 離子束髮生單元產生的離子束的能量；第二減速單元，次級減速被初級減速 的離子束的能量；以及端站，支持晶片200，使得從第二減速單元發射的離 子束^f皮注入晶片200。離子束髮生單元包括源100、源抑制器110、源提取器120及第一分析 器130。從源100產生的離子氣體通過源抑制器IIO和源提取器120轉換成 離子粒子。隨後離子粒子進入第一分析器130,第一分析器130從所進入的 離子粒子選擇性地將所需離子粒子移動到期望(或指定)路徑以產生離子束。第一減速單元包括第一減速電極141和第一減速抑制器142。第一減速 電極141將從第一分析器130供應的離子束的能量減速到低於初始能量的能 量。具有減速的能量的該離子束被第一減速抑制器142加速，並穿過指定路 徑。通過第一減速單元來減速該離子束的能量，這是通過調節施加到第一減 速電極141的電壓來實現。第二減速單元包括第二減速電極151、第二分析器160和第二減速抑制 器152。第二減速電極151次級(進一步)減速從第一減速抑制器142供應 的離子束的能量。這裡，具有不同水平的電壓施加到第二減速電極151，從 而將離子束的能量減速到第一能量和第二能量。所獲得的具有不同能量的離 子束的離子被注入晶片200的不同區域。例如，當晶片200的第一區域露出 使得該離子束注入該第一區域時，第二減速單元將所供應的離子束的能量減 速到該第一能量。另一方面，當晶片200的第二區域露出使得該離子束注入 該第二區域時，第二減速單元將所供應的離子束的能量減速到該第二能量。 隨後，具有第一能量的離子束被注入晶片200的第一區域，且具有第二能量 的離子束被注入晶片200的第二區域。也就是說，具有不同能量的離子束分 別注入晶片200的第一和第二區域。被第二減速電極151減速到第一或第二 能量的該離子束進入第二分析器160，該第二分析器160將進入分析器160 的離子束的所需部分移動到期望的(或指定的)路徑。經過第二分析器160 的離子束被第二減速抑制器152減速，且被供應到晶片200。端站包括晶片支架170，用於支持晶片200。如圖1箭頭180所示，晶 片支架170沿基本上垂直於所注入的離子束的方向可移動。晶片200也連同 晶片支架170的移動而一起移動。晶片200的這種移動按下述方式被控制， 即，具有第一能量的離子束被注入晶片200的第一區域，以及具有第二能量 的離子束被注入晶片200的第二區域。儘管圖1示出晶片支架170僅沿基本 上垂直於離子束的方向移動，不過晶片支架170可以旋轉或傾斜從而根據需 要改變所注入的離子束與晶片200的表面之間的角度。如果有任何移動，晶 片支架170的移動被控制為使得，來自具有第一和第二能量的離子束的離子 4皮分別注入晶片200的不同區域。圖2為示出圖1的局部離子注入設備中根據離子束的位置的離子束能量 變化的曲線圖。圖3為示出具有圖2的能量變化的離子束的注入濃度的曲線 圖。在圖2,水平軸代表離子束的位置，垂直軸表示離子束的能量。具體而 言，水平軸上的參考數字表示圖1的局部離子注入設備的組成元件。參考圖2，設置為具有初始能量(El)的離子束的能量，在該離子束到 達第一減速電極141時，被轉換成較低能量(E2 )。隨後，該離子束的能量 被第一減速電極141初級(最初)減速到更低能量(E3)，直到該離子束到 達第一減速抑制器142。隨後，該離子束的能量被第一減速抑制器142增大。這裡，根據施加到第二減速電極151的電壓，該離子束的能量被增大到較高 能量(E4)和較低能量(E5)。當施加到第二減速電極151的電壓較低時， 如參考數字"210"所示，該離子束的能量被較少地減速，且因此成為(或 達到)較高能量(E4)。當施加到第二減速電極151的電壓較高時，如參考 數字"220"所示，該離子束的能量被較多地減速，且因此成為(或達到) 較低能量(E5 )。如上所述，第一減速電極141和第二減速電極151產生能量畸變，因此 產生能量汙染，其中用於表示最高離子濃度的深度即4殳射範圍(Rp)被均勻 地維持，且在下端即尾部的離子濃度變化。也就是說，參考圖3,當較低電 壓施加到第二減速電極151且因此該離子束的能量被減速到較高能量(E4) 時，如參考數字"310"所示，用"A"表示的尾部處離子濃度較高。另一方 面，當較高電壓施加到第二減速電極151且因此該離子束的能量被減速到較 低能量(E5)時，如參考數字"320"所示，尾部處離子濃度較低。因此， 對於通過第二減速電極151被減速到較高能量(E4)的離子束被注入晶片的 第一區域，且通過第二減速電極151被減速到較低能量(E5 )的離子束被注 入晶片的第二區域的情形，第二區域內的Rp與第一區域內的Rp相同；但 是，第二區域內尾部處離子濃度高於第一區域內尾部處離子濃度。圖4至6示出使用圖1所示局部離子注入設備的方法。參考圖4，用於 支持晶片200的晶片支架170布置為使得晶片支架170的下端位於參考線 420上。基於這種布置，該晶片200的整個表面的僅一部分，具體地，上第 一區域201，暴露於離子束400。因此，離子束400僅注入上第一區域201。 離子束400包括多個離子粒子410。這裡，從離子束髮生器產生的離子束被 第一減速單元初級(初始)減速，且隨後被第二減速單元次級(進一步)減 速。也就是說，該離子束的能量被第一和第二減速單元畸變。這些畸變在此 也稱為"能量汙染"。具體而言，較高電壓施加到第二減速單元的第二減速 電極151,因此該離子束的能量被減速到較低能量(圖2的E5 ),由此提高 所注入的離子濃度同時維持相同的Rp。接下來，參考圖5，晶片支架170沿與所注入的離子束400垂直的方向 移動，如箭頭430所示，使得晶片支架170的下端與參考線420分隔指定間 距。於是，晶片200的僅中心第二區域202暴露於離子束400。因此，離子 束400僅注入中心第二區域202。這裡，通過第一減速單元的第一減速和第二減速單元的第二減速，引起該離子束的能量汙染。具體而言，較低電壓施加到第二減速單元的第二減速電極151,且因此該離子束的能量被減速到較 高能量(圖2的E4),由此減小所注入的離子濃度同時維持相同的Rp。接下來，參考圖6，晶片支架170沿與所注入的離子束400垂直的方向 移動，如箭頭440所示，使得晶片支架170的下端與參考線420分隔更遠。 於是，晶片200的僅下第三區域203暴露於離子束400。因此，離子束400 僅注入下第三區域203。這裡，通過第一減速單元的第一減速和第二減速單 元的第二減速，引起該離子束的能量汙染。具體而言，按照與離子注入到晶 片200的第 一 區域201相同的方式(參考圖4 )，較高電壓施加到第二減速單 元的第二減速電極151，且因此該離子束的能量被減速到較低能量(圖2的 E5),由此提高所注入的離子濃度同時維持相同的Rp。圖7說明通過圖4至6的局部離子注入方法注入到晶片的離子的注入濃 度的分布。參考圖7，晶片200的上第一區域201內的尾部具有較高離子濃 度(H)，且晶片200的中心第二區域202內的尾部具有較低離子濃度(L)。 此外，晶片200的下第三區域203內的尾部具有較高離子濃度(H)，與晶片 200的上第一區域201相同。如上所述，晶片200的所有區域具有相同Rp。圖8說明使用該局部離子注入方法注入到晶片的離子的注入濃度的另一 分布。參考圖8，當離子注入到晶片被執行時，晶片200在該如圖4至6所 示的工藝過程被旋轉。這種情況下，晶片200的邊緣區域內的尾部，即第一 區域201，具有較高離子濃度(H),且晶片200的核心區域的尾部，即第二 區域202，具有較低離子濃度(L)。從上述說明顯見，提供了一種局部離子注入設備和方法，其中具有不同 能量的離子束被分別注入晶片區域，由此通過能量而非摻雜劑劑量來調節摻 雜劑分布。所披露的方法和設備期望地提供了控制晶片內電學參數的能力。 具體而言，晶片區域內的尾部具有不同的離子濃度而同時維持相同Rp，因此更精細地控制電學參數，例如閾值電壓、穿通特性、薄層電阻特性等。已經出於說明目的披露本發明優選實施例，不過本領域技術人員將理 解，在不背離由權利要求界定的本發明範圍和精神的情況下可進行各種改 進、添加和替換。本申請主張2007年6月29日提交的韓國專利申請No. 10-2007-0065832的優先權，其全部內容引用結合於此。
權利要求
1.一種用於將離子注入晶片的設備，所述設備包括離子束髮生器；第一減速單元，能夠初級減速由所述離子束髮生器產生的離子束的能量；以及第二減速單元，能夠根據所述晶片的可離子注入區域將被初級減速的所述離子束的能量次級減速為第一或第二能量水平。
2. 如權利要求1所述的設備，其中所述第二減速單元包括至少一個減 速電極。
3. 如權利要求l所述的設備，還包括晶片支架，可調節以定位所述晶片的第 一區域來接收具有所述第一能量 水平的所述離子束並將其注入所述第一 區域內，以及可調節以定位所述晶片 的第二區域來接收具有所述第二能量水平的所述離子束並將其注入所述第 二區i或內。
4. 如權利要求3所述的設備，其中所述晶片支架可調節以沿基本上垂 直於所注入的離子束的方向來定位所述晶片。
5. 如權利要求3所述的設備，其中所述晶片支架是可旋轉的。
6. 如權利要求3所述的設備，其中所述晶片支架是可變化地傾斜的。
7. —種局部離子注入方法，包括 提供具有第 一和第二可離子注入區域的晶片； 產生離子束；初始減速所產生的離子束；根據所述晶片的區域，將初始減速的離子束進一步減速到不同的第一或 第二能量水平；以及將來自具有所述第一能量水平的所述離子束的離子注入到第一晶片區 域，並將來自具有所述第二能量水平的所述離子束的離子注入到第二晶片區 域。
8. 如權利要求7所述的方法，還包括移動所述晶片，使得來自具有所述第一能量水平的所述離子束的離子注 入到所述第一晶片區域，以及來自具有所述第二能量水平的所述離子束的離 子注入到所述第二晶片區域。
全文摘要
本發明公開了一種用於將離子注入晶片的設備以及局部離子注入方法。此局部離子注入設備和方法期望地提供對所注入的摻雜劑的能量的控制。該局部離子注入設備通常包括離子束髮生器、以及第一和第二減速單元。該第一減速單元減速由該離子束髮生器產生的離子束的能量；且隨後的第二減速單元根據晶片區域將該能量進一步減速為不同能量水平，其中離子將被注入晶片區域。
文檔編號H01L21/425GK101335176SQ200810087230
公開日2008年12月31日 申請日期2008年3月24日 優先權日2007年6月29日
發明者盧俓奉, 金東錫 申請人:海力士半導體有限公司