[發明專利]用于低溫離子注入的方法和系統

有效

• 申請號: 200910162396.9
• 申請日: 2009-08-13
• 公開（公告）號: CN101781797A
• 公開（公告）日: 2010-07-21
• 發明（設計）人: 張鈞琳;魏正泉;吳欣賢
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: C30B31/22
• 分類號: C30B31/22;H01L21/265;H01L21/425
• 代理公司: 北京市德恒律師事務所 11306
• 代理人: 馬佑平;馬鐵良

技術領域

本發明涉及半導體集成電路的制造。

背景技術

非本征半導體依靠摻雜劑來提供所需要的載流子密度。包括兩個主要 步驟：摻雜劑注入和摻雜劑活化。在傳統的CMOS制造過程中，離子束將 摻雜劑注入到晶片中。離子的注入導致對目標晶體結構的損壞，這通常是 有害的。例如，已經確定的是，在高溫下對硅進行離子注入會導致晶格缺 陷。序號為5,087,576的美國專利建議，當硅在高溫下進行離子注入時， 通過注入的離子給予了晶格充分的能量以使得單個點缺陷以自身調整處于 較低的能量配置。這些配置包括平面(疊層故障)和線(泄露或環路)缺 陷，稍微更經常形成線缺陷。這些缺陷對任何由該材料形成的器件的運行 都是有損害的。

序號為5,087,576的美國專利描述了當目標在較低溫度下時進行離 子注入，特定溫度為液氮的沸點(77°K.，-196℃)的量級。在這樣的情況 下，離子的注入轟擊造成了目標晶體中的非晶區，即其中沒有特定的晶體 結構。在低溫注入之后進行退火激勵注入區——即由轟擊離子穿透的深度 表示的層——以再結晶在一個層中，類似于外延生長區，給這種技術命名 為“固相外延”。

低溫注入(如-196℃)的另一個結果是自退火的抑制，這在一些工藝 中更可能是需要的。

在一些處方(方法)中，在適于保持晶體接近-190℃的離子注入高真 空室中，將摻雜劑注入到晶體材料中。在離子注入步驟期間，可以避免高 移動晶體成分的擴散。

圖1示出了傳統的注入設備100。設備100具有晶片傳送室102，其保 持晶片處于密封真空環境中。多個真空進樣室104可連接到晶片傳送室 102。真空進樣室104可以通到大氣壓力。真空進樣室104配置為從四裝載 端口大氣傳送組件114或其他機器設備處接收晶片105。然后真空進樣室 104被密封并抽成真空。然后晶片105可以從真空進樣室104轉移到晶片 傳送室102，且不會中斷晶片傳送室102中的真空或工藝流程。晶片105 從晶片傳送室102轉移到工藝室112的工藝冷卻板106。工藝冷卻板106 通過由冷卻線116中提供的制冷劑被第一壓縮機118冷卻，可選擇地，第 二壓縮機120用于冷卻到較低的溫度。工藝室112具有掃描電機108，其 為注入工藝步驟產生離子束110。

圖2為進行低溫注入步驟的傳統工藝的流程圖。

在步驟200，晶片被置于真空進樣室104內。抽成真空。

在步驟202，晶片被移到傳送室102內。

在步驟204，晶片105從晶片傳送室102被轉移到工藝室112的冷卻 板106。晶片105在注入設備100的工藝室112中的工藝冷卻板106上被 冷卻。

在步驟206，在大約15-20秒冷卻延遲之后，晶片準備在工藝室112中 進行注入。

工藝冷卻板106上的冷卻時間可以為大約15-20秒，達到大約-190℃的 液氮(LN2)溫度，其對于每個注入步驟增加了15-20秒的空置時間。這對 于注入設備100的產能基本上具有負面影響，因為它的工作循環減少了。 典型的注入步驟持續大約60秒，所以具有20秒延遲的可達到的最佳的工 作循環為75％。

發明內容

在一些實施例中，一種方法，包括：在工藝室之外將第一半導體晶片 從15℃或以上的溫度預冷卻到5℃以下的溫度。預冷卻的第一晶片在進行 預冷卻步驟之后被置于工藝室之內。在放置第一晶片之后對第一晶片進行 低溫離子注入。

在一些實施例中，裝置包括晶片傳送室，其連接為從真空進樣室接收 半導體晶片。晶片傳送室配置為將第一半導體晶片從第一溫度預冷卻到第 二溫度，其中第一溫度至少為15℃，第二溫度大約等于-270℃，第二溫度 小于等于5℃。工藝室配置為從晶片傳送室接收預冷卻的晶片，并在大于 或等于-270℃并小于或等于5℃的溫度對晶片進行離子注入步驟。

在一些實施例中，裝置包括真空進樣室，其配置為將第一半導體晶片 從第一溫度預冷卻到第二溫度，其中第一溫度至少為15℃，第二溫度大于 等于-270℃，第二溫度小于等于5℃。晶片傳送室與真空進樣室連接，以從 其中接收預冷卻的晶片而不將晶片暴露在周圍大氣中。工藝室配置為從晶 片傳送室接收預冷卻的晶片，在大于等于-270℃并小于等于5℃的溫度對晶 片進行離子注入步驟。

附圖說明

圖1為傳統裝置的原理示意圖。