專(zhuān)利名稱(chēng)：局部離子注入設(shè)備及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明 一般涉及離子注入設(shè)備和方法，更具體而言涉及局部離子注入設(shè) 備及方法。
背景技術(shù)：
許多單位工藝被形成來(lái)制作半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，例如動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)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(nèi)實(shí)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(qiáng)電場(chǎng)加速并穿過(guò)晶片的表面。材料的電學(xué)特性通過(guò)離 子注入工藝可以纟皮改變。在晶片所有范圍，通常始終以相同的劑量來(lái)將離子注入至晶片內(nèi)。這在 離子注入工藝中是優(yōu)選的，不過(guò)這也會(huì)負(fù)面地影響其它單位工藝。特定單位 工藝的結(jié)果為，堆疊膜的厚度或蝕刻程度在晶片所有范圍內(nèi)變得不均勻，因 為每個(gè)單位工藝的許多參數(shù)無(wú)法精確地控制。因此，由于未精確控制的參數(shù)， 存在意外的容差。例如，在晶體管的制作中，結(jié)區(qū)域通常形成為具有輕摻雜 漏極(LDD)結(jié)構(gòu)以抑止溝道相應(yīng)。為此，間隔物膜形成于柵極的側(cè)壁上， 且深源極/漏極區(qū)域以間隔物膜和4冊(cè)極為離子注入掩才莫通過(guò)離子注入來(lái)形成。 然而，在執(zhí)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(zhǎng)度或厚度在晶片所有范圍內(nèi)無(wú)法基本上均勻。進(jìn)而，離子 注入無(wú)法在晶片所有范圍內(nèi)均勻地執(zhí)行。也就是說(shuō)，在晶片的中心和邊緣之 間存在摻雜劑劑量的偏差。由于該非均勻性，包括晶體管閾值電壓的許多參 數(shù)在同一晶片內(nèi)是不同的?？紤]到晶片朝尺寸增大發(fā)展的目前趨勢(shì)，這會(huì)導(dǎo) 致嚴(yán)重的問(wèn)題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明公開(kāi)了 一種通過(guò)期望地控制注入摻雜劑的能量來(lái)將離子注入晶 片的可離子注入?yún)^(qū)域的方法和設(shè)備。該設(shè)備通常包括離子束發(fā)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(jí)減速由該離子束發(fā)生器產(chǎn)生的離子束的能量。該第二減速單元能夠 根據(jù).晶片的可離子注入?yún)^(qū)域?qū)⒈怀跫?jí)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?yún)^(qū)域。該第二減速單 元優(yōu)選地包括能夠被施加電壓的至少一個(gè)電極。該設(shè)備優(yōu)選地包括晶片支 架，該晶片支架可調(diào)節(jié)以定位該晶片的第 一 區(qū)域來(lái)接收具有該第 一能量的該 離子束并將其注入該第 一 區(qū)域內(nèi)，以及可調(diào)節(jié)以定位該晶片的第二區(qū)域來(lái)接 收具有該第二能量的該離子束并將其注入該第二區(qū)域內(nèi)。該晶片支架優(yōu)選地 是可調(diào)節(jié)的，可旋轉(zhuǎn)的與/或是可變化地傾斜的，以沿基本上垂直于所注入的 離子束的方向來(lái)定位該晶片。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，以非均勻能量將離子注入晶片的局部離子注入設(shè)備包括離子束發(fā)生器單元，用于產(chǎn)生離子束；第一減速單元，用于初級(jí)(最初) 減速由該離子束發(fā)生單元產(chǎn)生的離子束的能量；以及后續(xù)第二減速單元，用 于根據(jù)該晶片的區(qū)域?qū)⒈辉摰谝粶p速單元初級(jí)減速的能量次級(jí)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(qū)域。該第二減速單元 優(yōu)選地包括至少一個(gè)減速電極。通過(guò)將具有不同水平的電壓施加到該減速電 極，可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)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(yōu)選地在離子束注入晶片的第一區(qū)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(qū)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(shè)備優(yōu)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(guò)第二減速單元而注入該晶片，以及用以移動(dòng)該晶片，使得具 有第一能量的離子束注入晶片的第一區(qū)域且具有第二能量的離子束注入晶 片的第二區(qū)域。在各種優(yōu)選實(shí)施例中，晶片支架能夠沿基本上垂直于所注入 的離子束的方向來(lái)定位該晶片，旋轉(zhuǎn)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?yún)^(qū)域；產(chǎn)生離子束； 將該離子束的能量減速到第一能量水平；以及隨后根據(jù)該晶片的區(qū)域，將該 第一能量水平的離子束的能量進(jìn)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(lái)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(qū)域，并將來(lái)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(qū) 域。該方法還包括移動(dòng)該晶片，使得來(lái)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(qū)域，以及來(lái)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(qū)域。根據(jù)一個(gè)實(shí)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(chǎn)生離子束；初級(jí)(最初)減速該離子束；以及根據(jù)該晶片的區(qū)域， 將該初級(jí)減速的離子束次級(jí)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(qū)域以及具有第二能量的該離子束注入到 晶片的第二區(qū)域。根據(jù)另一實(shí)施例，該方法可進(jìn)一步包括移動(dòng)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(qū)域，以及具有第二能量的該離 子束注入到晶片的第二區(qū)域。本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀下述詳細(xì)說(shuō)明，并結(jié)合附圖和權(quán)利要求，可以顯 見(jiàn)本發(fā)明的附加特征。


參考下述詳細(xì)說(shuō)明和附圖，從而更全面理解本發(fā)明。附圖中 圖1為依據(jù)本發(fā)明的局部離子注入設(shè)備的示意圖； 圖2為說(shuō)明根據(jù)圖l設(shè)備的離子束的位置的離子束能量變化的曲線(xiàn)圖； 圖3為說(shuō)明具有圖2的能量變化的離子束的注入濃度的曲線(xiàn)圖； 圖4至6為說(shuō)明使用圖l設(shè)備的局部離子注入方法的實(shí)施例的視圖； 圖7說(shuō)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(shuō)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。盡管所披露的方法和設(shè)備可具有各種形式的實(shí)施例，不過(guò)在圖中說(shuō)明 (且將在下文描述)具體實(shí)施例，應(yīng)理解該公開(kāi)內(nèi)容是說(shuō)明性的，而非旨在 將該方法和設(shè)備限制在此處所描述和說(shuō)明的具體實(shí)施例。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明披露了一種通過(guò)期望地控制注入摻雜劑的能量來(lái)將離子注入晶 片的可離子注入?yún)^(qū)域的方法和設(shè)備。該設(shè)備通常包括離子束發(fā)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(jí)減速由該離子束發(fā)生器產(chǎn)生的離子束的能量。該第二減速單元能夠根據(jù)晶片的可離子注入?yún)^(qū)域?qū)⒈怀跫?jí)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?yún)^(qū)域。該第二減速單 元優(yōu)選地包括能夠4皮施加電壓的至少一個(gè)電極。該設(shè)備優(yōu)選地包括晶片支 架，該晶片支架可調(diào)節(jié)以定位該晶片的第 一 區(qū)域來(lái)接收具有該第 一能量的該 離子束并將其注入該第 一 區(qū)域內(nèi)，以及可調(diào)節(jié)以定位該晶片的第二區(qū)域來(lái)接 收具有該第二能量的該離子束并將其注入該第二區(qū)域內(nèi)。該晶片支架優(yōu)選地 是可調(diào)節(jié)的，可旋轉(zhuǎn)的與/或是可變化地傾斜的，以沿基本上垂直于所注入的 離子束的方向來(lái)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?yún)^(qū)域；產(chǎn)生離子束； 將該離子束的能量減速到第一能量水平；以及隨后根據(jù)該晶片的區(qū)域，將該 第一能量水平的離子束的能量進(jìn)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(lái)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(qū)域，并將來(lái)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(qū) 域。該方法還包括移動(dòng)該晶片，使得來(lái)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(qū)域，以及來(lái)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(qū)域。所披露的方法和設(shè)備在下文結(jié)合附圖予以更詳細(xì)的描述，其中不同附圖 中相同的參考數(shù)字表示相同或相似的元件。參考圖1，局部離子注入設(shè)備包 括離子束發(fā)生單元，產(chǎn)生離子束；第一減速單元，初級(jí)(最初)減速由該 離子束發(fā)生單元產(chǎn)生的離子束的能量；第二減速單元，次級(jí)減速被初級(jí)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(fā)射的離 子束^f皮注入晶片200。離子束發(fā)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(chǎn)生的離子氣體通過(guò)源抑制器IIO和源提取器120轉(zhuǎn)換成 離子粒子。隨后離子粒子進(jìn)入第一分析器130,第一分析器130從所進(jìn)入的 離子粒子選擇性地將所需離子粒子移動(dòng)到期望(或指定)路徑以產(chǎn)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(yīng)的離子束的能量減速到低于初始能量的能 量。具有減速的能量的該離子束被第一減速抑制器142加速，并穿過(guò)指定路 徑。通過(guò)第一減速單元來(lái)減速該離子束的能量，這是通過(guò)調(diào)節(jié)施加到第一減 速電極141的電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。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(jí)(進(jìn)一步)減速?gòu)牡谝粶p速抑制器142供應(yīng) 的離子束的能量。這里，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(qū)域。例如，當(dāng)晶片200的第一區(qū)域露出 使得該離子束注入該第一區(qū)域時(shí)，第二減速單元將所供應(yīng)的離子束的能量減 速到該第一能量。另一方面，當(dāng)晶片200的第二區(qū)域露出使得該離子束注入 該第二區(qū)域時(shí)，第二減速單元將所供應(yīng)的離子束的能量減速到該第二能量。 隨后，具有第一能量的離子束被注入晶片200的第一區(qū)域，且具有第二能量 的離子束被注入晶片200的第二區(qū)域。也就是說(shuō)，具有不同能量的離子束分 別注入晶片200的第一和第二區(qū)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(jìn)入第二分析器160，該第二分析器160將進(jìn)入分析器160 的離子束的所需部分移動(dòng)到期望的(或指定的)路徑。經(jīng)過(guò)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(yīng)到晶片200。端站包括晶片支架170，用于支持晶片200。如圖1箭頭180所示，晶 片支架170沿基本上垂直于所注入的離子束的方向可移動(dòng)。晶片200也連同 晶片支架170的移動(dòng)而一起移動(dòng)。晶片200的這種移動(dòng)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(qū)域，以及具有第二能量 的離子束被注入晶片200的第二區(qū)域。盡管圖1示出晶片支架170僅沿基本 上垂直于離子束的方向移動(dòng)，不過(guò)晶片支架170可以旋轉(zhuǎn)或傾斜從而根據(jù)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(dòng)，晶 片支架170的移動(dòng)被控制為使得，來(lái)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(qū)域。圖2為示出圖1的局部離子注入設(shè)備中根據(jù)離子束的位置的離子束能量 變化的曲線(xiàn)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(xiàn) 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(shù)字表示圖1的局部離子注入設(shè)備的組成元件。參考圖2，設(shè)置為具有初始能量(El)的離子束的能量，在該離子束到 達(dá)第一減速電極141時(shí)，被轉(zhuǎn)換成較低能量(E2 )。隨后，該離子束的能量 被第一減速電極141初級(jí)(最初)減速到更低能量(E3)，直到該離子束到 達(dá)第一減速抑制器142。隨后，該離子束的能量被第一減速抑制器142增大。這里，根據(jù)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(dāng)施加到第二減速電極151的電壓較低時(shí)， 如參考數(shù)字"210"所示，該離子束的能量被較少地減速，且因此成為(或 達(dá)到)較高能量(E4)。當(dāng)施加到第二減速電極151的電壓較高時(shí)，如參考 數(shù)字"220"所示，該離子束的能量被較多地減速，且因此成為(或達(dá)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(chǎn)生能量畸變，因此 產(chǎn)生能量污染，其中用于表示最高離子濃度的深度即4殳射范圍(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(shuō)，參考圖3,當(dāng)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(shí)，如參考數(shù)字"310"所示，用"A"表示的尾部處離子濃度較高。另一方 面，當(dāng)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(shí)，如參考數(shù)字"320"所示，尾部處離子濃度較低。因此， 對(duì)于通過(guò)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(qū)域，且通過(guò)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(qū)域的情形，第二區(qū)域內(nèi)的Rp與第一區(qū)域內(nèi)的Rp相同；但 是，第二區(qū)域內(nèi)尾部處離子濃度高于第一區(qū)域內(nèi)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(shè)備的方法。參考圖4，用于 支持晶片200的晶片支架170布置為使得晶片支架170的下端位于參考線(xiàn) 420上?；谶@種布置，該晶片200的整個(gè)表面的僅一部分，具體地，上第 一區(qū)域201，暴露于離子束400。因此，離子束400僅注入上第一區(qū)域201。 離子束400包括多個(gè)離子粒子410。這里，從離子束發(fā)生器產(chǎn)生的離子束被 第一減速單元初級(jí)(初始)減速，且隨后被第二減速單元次級(jí)(進(jìn)一步)減 速。也就是說(shuō)，該離子束的能量被第一和第二減速單元畸變。這些畸變?cè)诖?也稱(chēng)為"能量污染"。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(shí)維持相同的Rp。接下來(lái)，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(dòng)，如箭頭430所示，使得晶片支架170的下端與參考線(xiàn)420分隔指定間 距。于是，晶片200的僅中心第二區(qū)域202暴露于離子束400。因此，離子 束400僅注入中心第二區(qū)域202。這里，通過(guò)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污染。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(shí)維持相同的Rp。接下來(lái)，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(dòng)，如箭頭440所示，使得晶片支架170的下端與參考線(xiàn)420分隔更遠(yuǎn)。 于是，晶片200的僅下第三區(qū)域203暴露于離子束400。因此，離子束400 僅注入下第三區(qū)域203。這里，通過(guò)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污染。具體而言，按照與離子注入到晶 片200的第 一 區(qū)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(shí)維持相同的Rp。圖7說(shuō)明通過(guò)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(qū)域201內(nèi)的尾部具有較高離子濃 度(H)，且晶片200的中心第二區(qū)域202內(nèi)的尾部具有較低離子濃度(L)。 此外，晶片200的下第三區(qū)域203內(nèi)的尾部具有較高離子濃度(H)，與晶片 200的上第一區(qū)域201相同。如上所述，晶片200的所有區(qū)域具有相同Rp。圖8說(shuō)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(dāng)離子注入到晶片被執(zhí)行時(shí)，晶片200在該如圖4至6所 示的工藝過(guò)程被旋轉(zhuǎn)。這種情況下，晶片200的邊緣區(qū)域內(nèi)的尾部，即第一 區(qū)域201，具有較高離子濃度(H),且晶片200的核心區(qū)域的尾部，即第二 區(qū)域202，具有較低離子濃度(L)。從上述說(shuō)明顯見(jiàn)，提供了一種局部離子注入設(shè)備和方法，其中具有不同 能量的離子束被分別注入晶片區(qū)域，由此通過(guò)能量而非摻雜劑劑量來(lái)調(diào)節(jié)摻 雜劑分布。所披露的方法和設(shè)備期望地提供了控制晶片內(nèi)電學(xué)參數(shù)的能力。 具體而言，晶片區(qū)域內(nèi)的尾部具有不同的離子濃度而同時(shí)維持相同Rp，因此更精細(xì)地控制電學(xué)參數(shù)，例如閾值電壓、穿通特性、薄層電阻特性等。已經(jīng)出于說(shuō)明目的披露本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，不過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員將理 解，在不背離由權(quán)利要求界定的本發(fā)明范圍和精神的情況下可進(jìn)行各種改 進(jìn)、添加和替換。本申請(qǐng)主張2007年6月29日提交的韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 10-2007-0065832的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容引用結(jié)合于此。
權(quán)利要求
1.一種用于將離子注入晶片的設(shè)備，所述設(shè)備包括離子束發(fā)生器；第一減速單元，能夠初級(jí)減速由所述離子束發(fā)生器產(chǎn)生的離子束的能量；以及第二減速單元，能夠根據(jù)所述晶片的可離子注入?yún)^(qū)域?qū)⒈怀跫?jí)減速的所述離子束的能量次級(jí)減速為第一或第二能量水平。
2. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第二減速單元包括至少一個(gè)減 速電極。
3. 如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，還包括晶片支架，可調(diào)節(jié)以定位所述晶片的第 一區(qū)域來(lái)接收具有所述第一能量 水平的所述離子束并將其注入所述第一 區(qū)域內(nèi)，以及可調(diào)節(jié)以定位所述晶片 的第二區(qū)域來(lái)接收具有所述第二能量水平的所述離子束并將其注入所述第 二區(qū)i或內(nèi)。
4. 如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述晶片支架可調(diào)節(jié)以沿基本上垂 直于所注入的離子束的方向來(lái)定位所述晶片。
5. 如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述晶片支架是可旋轉(zhuǎn)的。
6. 如權(quán)利要求3所述的設(shè)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?yún)^(qū)域的晶片； 產(chǎn)生離子束；初始減速所產(chǎn)生的離子束；根據(jù)所述晶片的區(qū)域，將初始減速的離子束進(jìn)一步減速到不同的第一或 第二能量水平；以及將來(lái)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(qū) 域，并將來(lái)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(qū) 域。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，還包括移動(dòng)所述晶片，使得來(lái)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(qū)域，以及來(lái)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(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于將離子注入晶片的設(shè)備以及局部離子注入方法。此局部離子注入設(shè)備和方法期望地提供對(duì)所注入的摻雜劑的能量的控制。該局部離子注入設(shè)備通常包括離子束發(fā)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發(fā)生器產(chǎn)生的離子束的能量；且隨后的第二減速單元根據(jù)晶片區(qū)域?qū)⒃撃芰窟M(jìn)一步減速為不同能量水平，其中離子將被注入晶片區(qū)域。
文檔編號(hào)H01L21/425GK101335176SQ200810087230
公開(kāi)日2008年12月31日 申請(qǐng)日期2008年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月29日
發(fā)明者盧俓奉, 金東錫 申請(qǐng)人:海力士半導(dǎo)體有限公司