CN1160333A - 离子束角度可调整的离子注入机 - Google Patents

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Abstract

一种离子束角度可调整的离子注入机，它包括将注入的气体分解为等离子状态的离子源；对所需离子进行分离的磁分析器；对分选出的注入离子加速的加速器；为在晶片整个面上均匀地注入加速的离子的扫描器；位于扫描器与晶片之间的法拉第盒，其与用于测量注入晶片的离子注入量的电流计连接，并包括用于调整通过法拉第盒的离子束角度的装置，可望减少LDD工艺时间和节约原材料，并能改善元件的电性能。

Description

离子束角度可调整 的离子注入机
本发明涉及半导体制造工艺中离子注入工艺所用的离子注入机，特别涉及象轻掺杂漏区(LDD：Lightly Doped Drain)(以下简称“LDD”)工艺这样的、有各种离子注入工艺的工序适用的离子束角度可调整的离子注入机。
半导体制造工艺中所谓的离子注入是在真空中用高压以离子束形式向晶片注入杂质(B、P、As)离子的工艺，象这样的工艺所用的设备称为离子注入机。
这样的离子注入机包括：作为大离子束发生源的离子源，离子成束部，放置工件晶片的端部支架，下面参照图1和图2简单地对此进行说明。
来自气体管道的气体粒子被注入离子源1中，注入离子源1的气体由于离子源1中的灯丝而变为等离子状态的各种一价或二价的离子。离子由于电位差而被移送至磁分析器2，该磁分析器2使离子束受磁力作用而转90°方向，因各种离子的质量差而使各种离子分离，所希望的离子被送至加速器3。在加速器3中离子被加速，使其有预定的能量，经过扫描器4使被加速的离子束可扫描，通过法粒第盒5后最终扫描晶片6。在法拉第盒5中设计着连接的电流计7，用于测定注入晶片的离子注入量。
使用具有上述构成的普通离子注入机的典型工艺是LDD工艺，图3中示出这种LDD工艺的顺序。
图中，参考标号11是硅基片，12是栅电极，图3A示出LDD工艺的起始步骤，即在栅电极12两侧设定的离子源/漏区上注入N-离子的步骤。注入N-离子的原因是为了防止这种现象，即在栅电极12上加电压并在栅极下形成电场时，栅极端部电场变强，于是生成热载流子(Hot Carrier)、产生短路沟道(Short Channel)。
然后，如图3B所示，进行在栅电极12两侧壁上形成隔离垫13的工艺，即在形成MOS栅电极后，即将注入N+离子之前，为防止在栅电极端部残留的N-注入离子的热载流子现象，首先在沉积氧化膜(氧化)之后，各向异性(Anisotropic)地腐蚀氧化膜，形成图中所示的隔离垫13。
然后，如图3C所示，在栅电极12两侧的离子源/漏区域上，为降低该区域的电导，注入N+离子。
可是，在使用象这样的普通离子注入机的LDD工艺中，引起工艺步骤增加，并且产生影响栅电极品质的问题，下面对此进行具体说明。
也就是说，因普通离子注入机在晶片前端的离子注入方向通常是直线状的，在LDD工艺中，为解决热载流子问题，如图3所示，在栅电极两端下要进行少量离子注入，并必须进行多量离子注入。因必须经过这样的工艺顺序，就必须进行如图3B那样的隔离垫形成工艺。进一步说，存在下列问题，即对用于制备形成于栅极上的隔离垫的淀积工艺，必须适当地调节隔离垫的蚀刻工艺条件，因而导致工艺上的困难和工艺时间的增加。特别是还有这样的问题，即因进行形成隔离垫的蚀刻工艺，等离子体受到严重损伤，从而使栅极品质劣化，带来严重后果。
本发明是针对上述的问题而提出的，其目的是提供一种离子束角度可调整的离子注入机，由于该离子注入机在离子注入工艺的任何时候就可改变离子束角度，因而在LDD工艺中，不需要进行以往那样的隔离垫形成工艺，而在少量离子注入后，可直接进行多量离子注入。
上述本发明的目的是这样实现的，即提供一种离子束角度可调整的离子注入机，包括下列部分：将从外部气体管道注入的气体分解为等离子状态的离子源；对分解为等离子状态的各种原子中的所需的离子进行分离的磁分析器；对分离的注入离子加速，使其具有所需能量的加速器；为在晶片整个面上均匀地注入加速的离子而进行扫描的扫描器；位于扫描器与晶片之间的法拉第盒，其与用于测量注入晶片的离子注入量的电流计连接；以及用于调整通过法拉第盒的离子束角度的装置，其中，该离子束角度调整装置包括：设在法拉第盒端部、对通过的离子束外加磁场以改变离子束扫描角的磁铁；用于输入按工艺要求的离子束法线角的数据输入装置；根据数据输入装置施加的信号设定工艺条件的控制器；按控制器信号和加速器的电压反馈信号的组合决定在工艺中需要的磁铁的磁场强度大小的驱动器。
其中，磁铁包括极性可转换的电磁铁或可以产生旋转磁场的旋转电磁铁。
按上述这样的本发明离子束角度可调整的离子注入机，例如，LDD工艺中，对于少量离子注入，可改变离子束角度，使离子可进入栅极两端的下部，紧接着，设立垂直的离子束角度，进行大量离子注入。即省略了以往的隔离垫形成工艺。因而，由于省略了LDD工艺的隔离垫淀积和蚀刻工艺，可望取得缩短工艺周期和节减原材料的效果。并且还因取消了隔离垫淀积、掩模、隔离垫蚀刻工艺而能改善元件电气特性的效果。
附图的简要说明：
图1是普通离子注入机的构造图；
图2是图1所示离子注入机的法拉第盒的详细图；
图3A～图3C是使用现有的离子注入机制造LDD的工艺图；
图4是按本发明的离子注入机构造的主要部分的详细示图；
图5A～图5C是使用本发明的离子注入机制造LDD的工艺图。
下面通过图示实施例详细说明本发明的离子束角度可调整的离子注入机。
附图4是表示按本发明离子束角度可调整的离子注入机构造的主要部分的详图，图5A～图5C是用本发明离子注入机制造LDD的工艺图。
图中仅示出主要部分，因未图示的其它结构与普通离子注入机的构造相同而省去。因此，这里引用图1所示普通离子注入机来说明理解。
如图1和图4所示，本发明离子束角度可调整的离子注入机的基本构成与一般的离子注入机相同。即下列部分的构成与普通离子注入机相同；将从外部气体容器注入的气体分解为等离子状态的离子源1；在分解为等离子状态的各种原子中对需要的离子进行分离的磁分析器2；加速分选出的离子、使其具有注入所需能量的加速器3；为使被加速的离子在晶片6的整个面上均匀地注入而扫描的扫描器；位于扫描器4与晶片之间的法拉第盒5，并与测量注入晶片的离子注入量的电流计7连接。
其中，本发明包括：装置20，它用于调整通过法拉第盒5的离子束角度，从而能够改变晶片离子束的扫描角。具体地说，以往离子束的扫描角度经常是为一定的直线状的，例如，LDD工艺中，轻掺杂与重掺杂工艺之间必须进行形成隔离垫的工艺，但按照本发明，可不必进行以往那样的垫形成工艺，直接在轻掺杂之后，进行重掺杂。下文将为此进行说明。
离子束角度调整装置20包括：设在法拉第盒5端部，对通过的离子束外加磁场，从而改变离子束扫描角的磁铁21；用于输入工艺要求的离子束法线角的数据输入装置22；根据数据输入装置22施加的信号、设定工艺条件的控制器23；把控制器23信号和加速器3的电压反馈信号(参见图3)进行组合，决定在工艺中需要的磁铁21的磁场强度大小的驱动器24。其中，磁铁21包括极性可转换的电磁铁或可产生旋转磁场的旋转电磁铁。旋转电磁铁是指在用于形成旋转磁场的电磁铁上加正弦波电流的情况，由此，离子束的角度可以立体地变化。因此若磁铁21为旋转电磁铁，就可以应用于沟槽形式的井壁离子注入工艺。即，对于本发明，提供象上述那样的各种实施例，增加加离子注入工艺的更好效果。
下面，参照附图5，说明使用本发明离子束角度可调整的离子注入机进行LDD工艺的过程。
图5是与用现有离子注入机的图3进行比较的LDD工艺示意图，图中参考标号11是硅片、12是栅电极。
如图5A所示，对于本发明工艺中形成的栅电极12，以往在栅电极两侧要形成占据很大部分的较大的隔离垫。其原因将在后面说明，但本发明中不需要隔离垫。
接着，按普通顺序在栅电极12两侧提供的离子源/漏区，进行注入N-离子的轻掺杂，此时，要改变在晶片上扫描的离子束角度，例如，如图5B所示，离子束方向改变45°进行右侧LDD离子注入，进行相反的改变，实施左侧LDD离子注入，于是完成N-离子注入。不用说，从图中就可看出，这种工艺的离子注入，通过在离子源/漏区上按斜线注入离子束，而到达紧靠栅电极端部的下部。
若象上述那样注入少量离子，即图3C所示，唯一的方法是在离子注入与重掺杂之间进行隔离垫形成工艺，并在栅电极两侧形成隔离垫之后，在除被该隔离垫覆盖部分之外的所有离子源/漏区，实施重掺杂，从而按LDD要求可防止热载流子。其原因是离子注入机的离子束扫描角为一直线。然而，按照本发明，可任意调整改变离子束的扫描角，因而即使不使用以往那样的隔离垫，也能够将少量离子注入栅电极两侧的下端。因此，可缩减LDD工艺的工序数量，并且不需进行形成隔离垫的淀积、掩模、隔离垫蚀刻之类的工艺，从而可防止从这些工艺中滋生出的工艺损伤。
按上述详细说明，根据本发明离注子束角度可调整的离子注入机，例如，LDD工艺中，对于少量离子注入，改变离子束角度，使离子渗透在栅电极两端的下部，然后设立垂直的离子束角度，进行大量离子注入。也就是说，可省略以往的隔离垫形成工艺。因此，通过缩减LDD工艺的隔离垫淀积和蚀刻工艺，可望减少工艺时间，节约原材料。并且，因省略了隔离垫淀积、掩模、隔离垫蚀刻工艺，还有改善元件电性能的效果。

Claims (3)

1、一种离子束角度可调整的离子注入机，其特征在于，包括：将从外部气体管道注入的气体分解为等离子状态的离子源；对分解为等离子状态的各种原子中的所需要的离子进行分离的磁分析器；对分离的注入离子加速，使其具有需要的能量的加速器；为在晶片整个面上均匀地注入加速的离子而进行扫描的扫描器；位于扫描器与晶片之间的法拉第盒，其与用于测量注入的晶片离子注入量的电流计连接；以及用于调整通过法拉第盒的离子束角度的装置；该离子束角度调整装置包括：设在法拉第盒端部、对通过的离子束外加磁场以改变离子束扫描角的磁铁；用于输入按工艺要求的离子束法线角的数据输入装置；根据数据输入装置施加的信号设定工艺条件的控制器；对控制器信号和加速器的电压反馈信号进行组合，决定在工艺中需要的磁铁的磁场强度大小的驱动器。
2、如权利要求1所述的离子束角度可调整的离子注入机，其特征在于，由极性可转换的电磁铁构成磁铁。
3、如权利要求1所述的离子束角度可调整的离子注入机，其特征在于，由可产生旋转磁场的旋转电磁铁构成磁铁。
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C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C06 Publication
PB01 Publication
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20030806

Termination date: 20131229