CN1891854A - 使用宽射束的非均一离子注入设备及方法 - Google Patents

使用宽射束的非均一离子注入设备及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种非均一离子注入设备，包括：宽离子束产生器，用于产生宽离子束，该宽离子束包含照射在晶片被分成多个区中的至少二个区上的多个宽离子束；及晶片驱动单元，用于当以该宽离子束产生器所产生的宽离子束被照射在晶片上时垂直地往复移动该晶片。至少该宽离子束之一具有剂量不同于至少另一宽离子束的剂量。

Description

使用宽射束的非均一离子注入设备及方法
技术领域
本发明有关一种半导体制造设备及方法，更特别地，有关一种能够将不同剂量的掺杂离子注入晶片的不同区域的非均一离子注入设备及方法。
背景技术
通常，大量工艺被执行以制造半导体元件，特别是，半导体记忆元件，如动态随机存取存储器(DRAM)。使用的工艺可包含对每一晶片执行的堆迭(stack)形成工艺、蚀刻工艺与离子注入工艺。特别是，离子注入工艺使用电场加速如硼或砷的掺杂离子，使得该掺杂离子可被穿透晶片表面上的数层。材料的电气特性可经由离子注入工艺被改变。
图1为例示用于执行离子注入工艺的已知离子注入设备的示意图。
参考图1，该已知离子注入设备包括四元磁极组件110、X方向扫瞄器120、离子束准直器130与加速器140。该四元磁极组件110用于放大与减低从离子束源(未显示)射出的离子束102。该四元磁极组件110具有四元磁极用于在该四个磁极间的区域产生磁场。该四元磁极组件110包含具有二个S与N磁极的第一磁极组件111及具有二个S与N磁极的第二磁极组件112。X方向扫瞄器120用于在X方向导向该离子束102，使得该离子束可均一地照射在晶片101上。离子束准直器130作为准直离子束102的光学路径。加速器140用于加速带电粒子。加速器140可依情形被放置在X方向扫瞄器120前。当离子束102以具有上述构成的已知离子注入设备被导向于X方向时，离子束102可照射在晶片101的表面上。此时，晶片在Y方向被移动，使得离子注入于晶片101的整个表面上进行。
图2为例示用于在Y方向扫瞄晶片101的Y方向扫瞄器的操作的示意图。
参考图2，提供以支持晶片101的支持构件(未显示)连接至Y方向驱动轴210。Y方向驱动轴210被连接至驱动单元220。Y方向驱动轴210由驱动单元220在Y方向移动，如箭头211所指示。其结果，晶片101亦于Y方向被移动。当晶片101在Y方向被移动，离子束102被照射在晶片101上，同时该离子束在X方向被导向，如以箭头103所指示。参考标号104指示离子束102的移动轨迹。第一离子束检测器231与第二离子束检测器232分别被置于晶片101的前与后，用于在离子注入工艺被执行时，检测所注入掺杂离子的剂量，以提供关于所使用剂量的信息。
当离子注入工艺使用图1与2所描述的已知离子注入设备被执行时，具有相同浓度的掺杂离子被注入至晶片101的整个表面上。然而，具有相同浓度掺杂离子的注入可能是非需要的，特别当连同其他后续工艺实施时。特定地，在后续工艺后所得到的结果被执行，使得堆迭层的厚度与蚀刻的程度在晶片的整个全部表面可能不是一致的，因为在后续工艺中的变数未被准确地控制。其结果，由于未预期的或不准确地控制的工艺变数，可能发生工艺误差。
当形成栅极电极时，例如，临界尺寸(critical dimension，以下称为“CD”)表示栅极电极的宽度可视晶片的位置被改变。栅极电极的CD在晶片的左边区域可能较大，而在栅极电极的CD在晶片的右边区域可能较小。或者，栅极电极的CD在晶片的右边区域中可能较大，而在栅极电极的CD在晶片的左边区域可能较小。如上所述，因为在其他工艺中许多变数未被准确地控制，所以可能发生此差异。当晶片左边区域的栅极电极的CD大于晶片右边区域的栅极电极的CD时，晶片左边区域元件的临界电压会高于晶片右边区域元件的临界电压。另一方面，当晶片右边区域栅极电极的CD大于晶片左边区域栅极电极的CD时，晶片左边区域元件的临界电压会低于晶片右边区域元件的临界电压。
随着元件的集成程度的增加，栅极电极的CD差异视晶片的位置可能会造成问题。当栅极电极的最小允许CD为一较大量，例如200nm，因CD值的±10％变异造成的良率减少为可接受的。然而，当栅极电极的最小允许CD被减至100nm或更小时，CD分布的±10％变异可代表甚至更严重的结果。因此，对较小的可允许CD值，CD分布应被设定至较小范围，例如，±5％。虽然此改变，工艺余量(margin)与良率仍是被减低，对晶片制造商可能为一种阻碍。
发明内容
依据本发明，提供一种有关离子注入的方法与设备。更特定地，提供一种非均一离子注入设备，其能够将具有不同剂量的掺杂离子注入晶片的不同区域。于一特定实施例中，当形成边界线于高浓度掺杂离子注入区域与低浓度掺杂离子注入区域间时，晶片被提供了均一的元件特性。仅距离说明，本发明已被应用至半导体晶片的离子注入，但应该意识到本发明可以具有非常广的应用范围。
于本发明的一特定实施例中，提供一种非均一离子注入方法，其能够将将具有不同剂量的掺杂离子注入晶片的不同区域。于一特定实施例中，当形成边界线于高浓度掺杂离子注入区域与低浓度掺杂离子注入区域间时，该非均一注入工艺可提供该晶片均一的元件特性。
于一特定实施例中，提供一种使用于非均一离子注入工艺中的设备，包括：宽离子束产生器，配置来产生多个宽离子束，该宽离子束照射在超过晶片的多个区中的一个；晶片驱动单元，用于当该宽离子束由宽离子束产生器照射在晶片上时移动该晶片。
于一特定实施例中，由该晶片驱动单元的晶片的移动为在垂直和/或水平方向。
于一特定实施例中，由该晶片驱动单元的晶片的移动为旋转方式。
于一特定实施例中，该宽离子束的至少之一具有剂量不同于另一宽离子束的剂量。
于一特定实施例中，多个宽离子束包含第一宽离子束与第二宽离子束以分别照射在晶片的第一区与第二区。
于一特定实施例中，该第一宽离子束与第二宽离子束具有不同剂量。
于一特定实施例中，该晶片的第一区与第二区以边界线彼此分隔。
于一特定实施例中，该边界线不是垂直就是水平边界线。
于一特定实施例中，该晶片的第一区与第二区构成晶片的全部表面积。
于一特定实施例中，该第一区与第二区构成至少该晶片的一半表面积。
于一特定实施例中，提供一种非均一离子注入设备，包括：宽离子束产生器，含有：上磁控管组件，包括第一上磁控管组件与第二上磁控管组件，及下磁控管组件，包括设置在第一上磁控管组件与第二上磁控管组件下的第一下磁控管组件与第二下磁控管组件，使得该第一下磁控管组件及第二下磁控管组件与第一上磁控管组件及第二上磁控管组件以预定距离垂直地隔开，该上与下磁控管组件配置来产生多个宽离子束，包括至少产生于该第一上磁控管组件与第一下磁控管组件间的第一宽离子束，及产生于该第二上磁控管组件与第二下磁控管组件间的第二宽离子束；及晶片驱动单元，用于移动其中宽离子束由该宽离子束产生器照射在其上的晶片。
于一特定实施例中，该晶片的移动在垂直和/或水平方向进行。
于一特定实施例中，该设备进而包括离子束源，用于产生离子束；及磁极组件，用于放大与减小从离子束源射出的离子束。
于一特定实施例中，不是该下磁控管组件就是上磁控管组件的宽度较大于晶片的直径。
于一特定实施例中，该第一上磁控管组件、第二上磁控管组件、第一下磁控管组件与第二下磁控管组件的一个或多个包括多个磁控管元件。
于一特定实施例中，第一上磁控管组件与第一下磁控管组件中的磁控管元件数目相等于第二上磁控管组件与第二下磁控管组件中的磁控管元件数目。
于一特定实施例中，第一上磁控管组件与第一下磁控管组件中的磁控管元件数目不相等于第二上磁控管组件与第二下磁控管组件中的磁控管元件数目。
于一特定实施例中，施加至第一上磁控管组件与第一下磁控管组件的电压不相等于施加至第二上磁控管组件与第二下磁控管组件的电压。
于一特定实施例中，提供一种非均一离子注入方法，该方法包括，照射多个宽离子束于晶片上，该宽离子束包括至少具有第一剂量的第一宽离子束与具有不同于该第一剂量的第二剂量的第二宽离子束；及当宽离子束被照射在该晶片上时移动该晶片。
于一特定实施例中，该晶片的移动在水平和/或垂直方向进行。
于一特定实施例中，多个宽离子束覆盖的面积等于至少该晶片的一半表面积。
于一特定实施例中，多个宽离子束覆盖的面积等于至少该晶片的表面积的区域。
于一特定实施例中，于实施照射与移动工艺前，旋转该晶片。
于一特定实施例中，于实施照射与移动工艺前，移动该晶片于垂直和/或水平方向。
本发明的各种额外目的、特色与优点可参考以下详细描述与附图更充分了解。
附图说明
图1为例示性简化图示，例示一种已知离子注入设备。
图2为例示性简化图示，例示图1所示的Y方向扫瞄器对晶片的作业。
图3为例示性简化图示，示意例示一种非均一离子注入设备。
图4为例示性简化图示，例示图3所示的一种非均一离子注入设备的宽离子束产生器。
图5为图4所示以箭头A所指示方向所见的该晶片与宽离子束产生器的示例的例示性简化图示。
图6为图4所示以箭头A所指示方向所见的该晶片与宽离子束产生器的示例的例示性简化图示。
图7为一例示性简化图示说明图3所示的该非均一离子注入设备的宽离子束产生器。
图8与9为图7所示以箭头A所指示方向所见的该晶片与宽离子束产生器的例子的例示性简化图示。
图10为依据特定实施例说明显示于图3该非均一离子注入设备的宽离子束产生器的例示性简化图示。
图11为图10所示以箭头A所指示方向所见的该宽离子束产生器的例示性简化图示。
图12与13为例示性简化图示，例示一种使用图10所示宽离子束产生器的非均一离子注入方法。
图14为一图示，例示具有使用图10所示宽离子束产生器的非均一离子注入方法注入离子的晶片的掺杂浓度分布。
图15为例示性简化图示，例示图3所示该非均一离子注入设备的宽离子束产生器。
图16为图15所示以箭头A所指示方向所见的该宽离子束产生器的一例示性简化图示。
图17为例示性简化图示，例示具有使用图15所示宽离子束产生器的非均一离子注入方法注入离子的晶片的掺杂离子浓度分布。
图18为例示性简图，例示以已知离子注入所得的临界电压的累积机率与依据本发明以非均一离子注入所得的临界电压的累积机率间的比较。
【主要元件符号说明】
101  晶片      101a  第一区域      101b  第二区域
101’、101”、630  边界线
101f  平坦区      101-1，101-1’  第一区      101-2，101-2’  第二区
101-3’  第三区      102  离子束
103，211  箭头       104  移动轨迹
110，310  四元磁极组件      111，311  第一磁极组件
112，312  第二磁极组件      120X  方向扫瞄器
130  离子束准直器      140，330  加速器
210，341  驱动轴      220，342  驱动单元
231  第一离子束检测器      232  第二离子束检测器
301，302  离子束
411-1，411-2，412-1，412-2，421-1，421-2，422-1，422-2  磁控管元件
320，400，500，600，700  宽离子束产生器
502，602，702  宽离子束      402a，502a，602a，702a  第一宽离子束
402b，502b，602b，702b  第二宽离子束
410，510，610，710  上磁控管组件
411，511，611，711  第一上磁控管组件
511-1，511-2，512-1，512-2，521-1，521-2，522-1，522-2  磁控管元件
412，512，612，712  第二上磁控管组件
420，520，620，720  下磁控管组件
421，521，621，721  第一下磁控管组件
422，522，622，722  第二下磁控管组件
702c  第三宽离子束      713  第三上磁控管组件
723  第三下磁控管组件      731  第一垂直边界线
732  第二垂直边界线
具体实施方式
现在，本发明的特定实施例将参考附图详细描述。然而，应注意的是，本发明的以下实施例可采不同形式，因此本发明的范围并不限于以下实施例。
图3为例示性简化图示，示意地例示一种依据本发明的非均一离子注入设备。
参考图3，该非均一离子注入设备包括：四元磁极组件310，用于放大与减小从离子束源射出的离子束301；宽离子束产生器320，用于将从该四元磁极组件310射出的离子束301转换成多个宽离子束320且射出宽离子束320；加速器330，用于加速带电粒子。该非均一离子注入设备进而包括驱动轴341与驱动单元342，用于于预定方向上移动晶片101。
四元磁极组件310具有四元磁极用于在四个磁极间的间隙产生磁场。四元磁极组件310包含具有S与N磁极的第一磁极组件311与具有S与N磁极的第二磁极组件312。
宽离子束产生器320用于将从四元磁极组件310离开的离子束301转换成宽离子束且射出宽离子束。宽离子束产生器320包含多极磁控管组件，以依据晶片上将注入的不同区域而改变掺杂离子的浓度。宽离子束产生器320将于其后详细描述。
加速器330用于加速带电荷粒子。于一特定实施例中，加速器330可放置于宽离子束产生器320前。
图4为例示性简化图示，例示图3所示的非均一离子注入设备的宽离子束产生器400，图5为图4所示以箭头A所指示方向所见的晶片与宽离子束产生器的示例的例示性简化图示。
参考第4与5图，宽离子束产生器400包括：上磁控管组件410与配置于上磁控管组件410下的下磁控管组件420，使得下磁控管组件420垂直地以预定距离d与上磁控管组件410分隔。介于上磁控管组件410与下磁控管组件420间的垂直距离d大于晶片101的直径。而且，上磁控管组件410的宽度w大于晶片101的直径，下磁控管组件420的宽度w大于晶片101的直径。于一特定实施例中，宽离子束产生器400产生具有大于晶片101全部面积的区域的多个宽离子束402。
上磁控管组件410包含第一上磁控管组件411和第二上磁控管组件412，第一上磁控管组件411包括：多个磁控管元件411-1，411-2，…，它们彼此并排接在一起；第二上磁控管组件412包括多个磁控管元件412-1，412-2，…，它们彼此并排接在一起。于一特定实施例中，存在于第一上磁控管组件的磁控管元件411-1，411-2，…的数目相等于存在于第二上磁控管组件的磁控管元件412-1，412-2，…的数目。磁控管元件411-1，411-2，…与磁控管元件412-1，412-2，…被连接至电源(未显示)，由此不同电压可被施加至第一上磁控管组件411与第二上磁控管组件412。于一特定实施例中，相对低的电压被施加至第一上磁控管组件411的磁控管元件411-1，411-2，…，相对高的电压被施加至第二上磁控管组件412的磁控管元件412-1，412-2，…。于一特定实施例中，该相对高的电压可被施加至第一上磁控管组件411的磁控管元件411-1，411-2，…，该相对低的电压可被施加至第二上磁控管组件412的磁控管元件412-1，412-2，…。
下磁控管420包含第一下磁控管组件421与第二下磁控管组件422，第一下磁控管组件421包括多个第一磁控管元件421-1，421-2，…，它们彼此并排接在一起；第二下磁控管组件422包括多个磁控管元件422-1，422-2，…，它们彼此并排接在一起。于一特定实施例中，存在于第一下磁控管组件421中的磁控管元件421-1，421-2，…的数目为等于存在于第二下磁控管组件422的磁控管元件422-1，422-2，…的数目。磁控管元件421-1，421-2，…与磁控管元件422-1，422-2，…被连接至电源(未显示)，由此不同电压可被施加至第一下磁控管组件421与第二下磁控管组件422。于一特定实施例中，相对低的电压被施加至第一下磁控管组件421的磁控管元件421-1，421-2，…，相对高的电压被施加至第二下磁控管组件422的磁控管元件422-1，422-2，…。于一特定实施例中，该相对高的电压可被施加至第一下磁控管组件421的磁控管元件421-1，421-2，…，该相对低的电压可被施加至第二下磁控管组件422的磁控管元件422-1，422-2，…。
于一特定实施例中，第一上磁控管组件411的磁控管元件411-1，411-2，…与第一下磁控管组件421的磁控管元件421-1，421-2，…彼此相对，同时以预定距离d垂直地(Y方向)彼此隔开。以相同的方式，第二上磁控管组件412的磁控管元件412-1，412-2，…与第二下磁控管组件422的磁控管元件422-1，422-2，…彼此相对，同时以预定距离d垂直地(Y方向)彼此隔开。
于一特定实施例中，相同的电压被施加至第一上磁控管组件411与第一下磁控管组件421，相同的电压被施加至第二上磁控管组件412与第二下磁控管组件422。特定地，相对低的电压被施加至第一上磁控管组件411与第一下磁控管组件421，相对高的电压被施加至第二上磁控管组件412与第二下磁控管组件422。于一特定实施例中，相对高的电压可被施加至第一上磁控管组件411与第一下磁控管组件421，相对低的电压可被施加至第二上磁控管组件412与第二下磁控管组件422。
当该电压以上述方式被施加至上磁控管组件410与下磁控管组件420时，多个具有预定面积的宽射束402被产生于上磁控管组件410与下磁控管组件420间的区域中。于一特定实施例中，可以产生大于晶片101的区域的面积。当相对低的电压被施加至第一上磁控管组件411与第一下磁控管组件421，相对高的电压被施加至第二上磁控管组件412与第二下磁控管组件422时，宽离子束402包括：在第一上磁控管组件411与第一下磁控管组件421间具有相对低剂量的第一宽离子束402a；在第二上磁控管组件412与第二下磁控管组件422间具有相对高剂量的第二宽离子束402b。当高的电压被施加至第一上磁控管组件411与第一下磁控管组件421，低的电压被施加至第二上磁控管组件412与第二下磁控管组件422时，第一宽离子束402a具有相对高的剂量，第二宽离子束402b具有相对低的剂量。
现在，将参考第3至5图描述使用具有上述架构的宽离子束产生器400的离子注入设备的非均一离子注入方法。
首先，从四元磁极组件310传送的离子束302由宽离子束产生器400转换成宽射束402，宽射束402被照射于晶片101上。于一特定实施例中，宽离子束402包括具有低剂量的第一宽离子束402a与具有高剂量的第二宽离子束402b。晶片101被放置使得晶片101的平坦区101f向下。如在图示中箭头所指，晶片101由驱动轴341与驱动单元342垂直地移动，即，在Y方向。其结果，具有不同剂量的掺杂离子被注入晶片101的第一区域101a，即，晶片101的左侧部分，与晶片101的第二区域101b，即，晶片101的右侧部分，它们分别以边界线101’彼此隔开。边界线101’为连接第一上磁控管组件411与第二上磁控管组件412间的边界与第一下磁控管组件421与第二下磁控管组件422间的边界的线。因此，具有相对低剂量的掺杂离子被注入晶片101的第一区域101a，且具有相对高剂量的掺杂离子被注入晶片101的第二区域101b。于一特定实施例中，在边界线101’附近该掺杂离子间的剂量差异是显著地增加。
图6为图4所示以箭头A所指示方向所见的该晶片与宽离子束产生器的示例的例示性简化图示。
参考图6，此例子不同于图5中所示的例子，其中晶片101的平坦区101f面向左边。当该非均一离子注入方法在晶片101如图6所示被旋转预定角度的条件下被实施时，具有不同剂量的掺杂离子被注入晶片101的第一区域101a与晶片101的第二区域101b，第一区域101a邻接晶片101的平坦区101f，第二区域101b远离晶片101的平坦区101f。于一特定实施例中，晶片101以90度的角度顺时针从图5所示的位置被旋转，且接着进行非均一离子注入方法。于一特定实施例中，具有不同剂量的掺杂离子可依据晶片101的旋转角度，被注入晶片101的一侧的部分与另一侧的部分，其分别以边界线101’彼此分隔。
图7为一例示性简化图示，例示图3所示的非均一离子注入设备的宽离子束产生器500；且图8与9为图7所示以箭头A所指示方向所见的该晶片与宽离子束产生器500的例子的例示性简化图示。
首先参考图7，宽离子束产生器500包括：上磁控管组件510与设置于上磁控管组件410下的下磁控管组件520，使得下磁控管组件520为以预定距离d垂直地与上磁控管组件510分隔。上磁控管组件510包含第一上磁控管组件511与第二上磁控管组件512，第一上磁控管组件511包括多个磁控管元件511-1，511-2，…，它们彼此并排接在一起，第二上磁控管组件512包括多个磁控管元件512-1，512-2，…，它们彼此并排接在一起。下磁控管组件520包含第一下磁控管组件521与一第二下磁控管组件522，第一下磁控管组件521包括多个磁控管元件521-1，521-2，…，它们彼此并排接在一起，第二下磁控管组件522包括多个磁控管元件522-1，522-2，…，它们彼此并排接在一起。于一特定实施例中，宽离子束产生器500为不同于参考图4所描述的宽离子束产生器400，其中磁控管元件511-1，511-2，…与磁控管元件521-1，521-2，…的数目为少于磁控管元件512-1，512-2，…与磁控管元件522-1，522-2，…的数目。
当宽离子束产生器500的结构为不同于宽离子束产生器400的结构时，宽离子束产生器500产生不同于以宽离子束产生器400所产生的多个宽离子束402的多个宽离子束502。于图8与9所示的一特定实施例中，由磁控管元件511-1，511-2，…与磁控管元件521-1，521-2所产生的第一宽离子束502a的数目较小且具有较小的区域。另一方面，由磁控管元件512-1，512-2，…与磁控管元件522-1，522-2所产生的第二宽离子束502b的数目为较大且具有较大的区域。当较低的电压被施加至第一上磁控管组件511与第一下磁控管组件521，较高的电压被施加至第二上磁控管组件512与第二下磁控管组件522时，第一宽离子束502a具有较低的剂量，第二宽离子束502b具有较高的剂量。另一方面，当高的电压被施加至第一上磁控管组件511与第一下磁控管组件521，低的电压被施加至第二上磁控管组件512与第二下磁控管组件522时，第一宽离子束502a具有较高的剂量，第二宽离子束502b具有较低的剂量。
图8说明了所进行的非均一离子注入，在放置晶片101使得晶片101的平坦区101f向下之后，使用宽离子束产生器500同时宽离子束产生器500被垂直地即在Y方向移动来实施。另一方面，图9说明所进行的该非均一离子注入，在放置晶片101使得晶片101的平坦区101f向左之后，使用宽离子束产生器500实施同时宽离子束产生器500被垂直地即在Y方向移动来实施。具有不同剂量的掺杂离子被注入的晶片101的第一区域101a与第二区域101b以边界线101”彼此隔开。当晶片101的平坦区101f如图8所示向下时，在晶片101中的第一区域101a与第二区域101b的位置为不同于当晶片101的平坦区101f如图9所示向左时，在晶片101中的第一区域101a与第二区域101b的位置。当晶片101被旋转预定角度时，其具有小的面积且具有第一剂量的掺杂被注入的第一区域101a的位置，以及其具有较大面积且具有第二剂量的掺杂被注入的第二区域101b的位置被适当地控制。
图10为依据特定实施例例示显示于图3该非均一离子注入设备的宽离子束产生器600的例示性简化图示，且图11为图10所示以箭头A所指示方向所见的该宽离子束产生器600的图示。
参考图10与11，宽离子束产生器600包括：上磁控管组件610与设置于上磁控管组件610下的下磁控管组件620，使得下磁控管组件620以预定距离d垂直地与上磁控管组件610分隔。上磁控管组件610包含第一上磁控管组件611与第二上磁控管组件612。下磁控管620包含第一下磁控管组件621与第二下磁控管组件622。虽然未显示于图示中，第一上磁控管组件611包括多个磁控管元件，第二上磁控管组件612包括多个磁控管元件。于一特定实施例中，在第一上磁控管组件611中的磁控管元件数目为不同于在第二上磁控管组件612中的磁控管元件数目，虽然在第一上磁控管组件611中的磁控管元件数目可相等于第二上磁控管组件612中的磁控管元件数目。于一特定实施例中，第一下磁控管组件621可包括多个磁控管元件，且第二下磁控管组件622可包括多个磁控管元件。
于一特定实施例中，宽离子束产生器600为不同于图4与7所示的宽离子束产生器400与500。宽离子束产生器600包括第一与第二上磁控管组件611与612，其全部宽度w为晶片101直径的一半，且第一与第二下磁控管组件621与622，其全部宽度w亦为晶片101直径的一半。因此，以宽离子束产生器600所产生的多个宽离子束未照射在晶片101的全部面积上，而是仅照射在晶片101的全部面积的一半上。于一特定实施例中，由宽离子束产生器600所产生的多个宽离子束602包括具有第一剂量的第一宽离子束602a与具有第二剂量的第二宽离子束602b。第一宽离子束602a由第一上磁控管组件611与第一下磁控管组件621产生，且第二宽离子束602b由第二上磁控管组件612与第二下磁控管组件622产生。因此，当较高的电压被施加至第一上磁控管组件611与第一下磁控管组件621，较低的电压被施加至第二上磁控管组件612与第二下磁控管组件622时，第一宽离子束602a的第一剂量为高于第二宽离子束602b的第二剂量。
图12与13为例示性简化图示，例示使用图10所示宽离子束产生器600的非均一离子注入方法，图14为例示性简化图示，例示具有使用图10所示宽离子束产生器600的非均一离子注入方法注入离子的晶片的掺杂浓度分布。
首先参考图12，多个宽离子束602由宽离子束产生器600产生，且接着被照射在晶片101上。晶片101被放置使得晶片101的平坦区101f向下。当离子注入被实施时，晶片101在Y方向上移动。多个宽离子束602被照射在晶片101全部面积的一半上。因此，掺杂离子的第一剂量被注入晶片101的第一宽离子束602a照射区域，且掺杂离子的第二剂量被注入晶片101的第二宽离子束602b照射区域。第一宽离子束602a与第二宽离子束602b以边界线630彼此分隔。此时，掺杂离子未被注入晶片101的另一半区域，其中多个宽离子束602未被照射。
现在参考图13，晶片101被设置使得晶片101的平坦区101f向上。因此，多个宽离子束602被照射在晶片101的另一半区域，其中多个宽离子束602未曾被照射。特定地，当晶片101于Y方向上移动时，多个宽离子束602被照射在晶片101的另一半区域。因此，掺杂离子的第一剂量被注入晶片101的第一宽离子束602a被照射的区域，且掺杂离子的第二剂量被注入晶片101的第二宽离子束602b被照射的区域。
当该非均一离子注入如图14所示被实施于晶片101上时，掺杂离子被注入晶片101。于一特定实施例中，晶片101被分成第一区101-1与二个第二区101-2，第一区101-1是晶片101的中间区，与第二区101-2是晶片101的边缘区由二条垂直边界线630设置在第一区101-1的相对侧。掺杂离子的不同剂量被注入第一区101-1与第二区101-2。第一区101-1为掺杂离子的第二剂量由第二宽离子束602b注入的区，且第二区101-2为掺杂离子的第一剂量由第一宽离子束602a注入的区。
图15为例示性简化图示，例示依据本发明的特定实施例图3所示的非均一离子注入设备的宽离子束产生器700，且图16为图15所示以箭头A所指示方向所见的该宽离子束产生器700的例示性简化图示。
参考图15与16，宽离子束产生器700包括：上磁控管组件710与设置于上磁控管组件710下的下磁控管组件720，使得下磁控管组件720以预定距离d垂直地与上磁控管组件710隔开。介于上磁控管组件710与下磁控管组件720间的垂直距离d较大于晶片101的直径。而且，上磁控管组件710的宽度w大于晶片101的直径，且下磁控管组件720的宽度w大于晶片101的直径。然而，于一特定实施例中上磁控管组件710的宽度w可为晶片101直径的一半，且下磁控管组件720的宽度w可为晶片101直径的一半。上磁控管组件710包含第一上磁控管组件711、第二上磁控管组件712与第三上磁控管组件713，它们并排被设置。下磁控管组件720包含第一下磁控管组件721、第二下磁控管组件722与第三下磁控管组件723，它们并排被设置。第一上磁控管组件711与第一下磁控管组件721被设置为使得第一上磁控管组件711与第一下磁控管组件721垂直地彼此相对。以相同的方式，第二上磁控管组件712与第二下磁控管组件722被设置为使得第二上磁控管组件712与第二下磁控管组件722垂直地彼此相对。而且，第三上磁控管组件713与第三下磁控管组件723被设置为使得第三上磁控管组件713与第三下磁控管组件723垂直地彼此相对。
虽然未示于图中，第一、第二与第三上磁控管组件711、712与713包含多个磁控管元件，且第一、第二与第三下磁控管组件721、722与723包含多个磁控管元件。于一特定实施例中，第一、第二与第三上磁控管711、712与713中的磁控管元件数目彼此不同，虽然第一、第二与第三上磁控管组件711、712与713中的磁控管元件数目可彼此相等。于一特定实施例中，在第一、第二与第三下磁控管组件721、722与723中的磁控管元件数目彼此不同，虽然在第一、第二与第三下磁控管组件721、722与723中的磁控管元件数目可彼此相等。于一特定实施例中，第一上磁控管组件711中的磁控管元件数目相等于第一下磁控管组件721中的磁控管元件数目，第二上磁控管组件712中的磁控管元件数目为等于第二下磁控管组件722中的磁控管元件数目，且第三上磁控管组件713中的磁控管元件数目等于第三下磁控管组件723中的磁控管元件数目。
第一电压被施加至第一上磁控管组件711与第一下磁控管组件721，第二电压被施加至第二上磁控管组件712与第二下磁控管组件722，且第三电压被施加至第三上磁控管组件713与第三下磁控管组件723。于一特定实施例中，第一，第二，与第三电压的电平彼此不同。当这些电压被施加至如上所述的上磁控管组件710与下磁控管组件720时，多个宽离子束702被产生于上磁控管组件710与下磁控管组件720间。于一特定实施例中，多个宽离子束702具有如晶片101相同的面积。
多个宽离子束702包括第一宽离子束702a、第二宽离子束702b与第三宽离子束702c。第一宽离子束702a由第一上磁控管组件711与第一下磁控管组件721产生。第二宽离子束702b由第二上磁控管组件712与第二下磁控管组件722产生。第三宽离子束702c由第三上磁控管组件713与第三下磁控管组件723产生。第一宽离子束702a与第二宽离子束702b由第一垂直边界线731彼此分开，第二宽离子束702b与第三宽离子束702c由第二垂直边界线732彼此分开。于一特定实施例中，第一垂直边界线731为连接第一上磁控管组件711与第二上磁控管组件712间的边界及第一下磁控管组件721与第二下磁控管组件722间的边界的垂直线。而且，第二垂直边界线732为连接第二上磁控管组件712与第三上磁控管组件713间的边界及第二下磁控管组件722与第三下磁控管组件723间的边界的垂直线。于一特定实施例中，第一、第二与第三电压的电平彼此不同，且第一宽离子束702a的第一剂量、第二宽离子束702b的第二剂量与第三宽离子束702c的第三剂量与第一、第二与第三电压的电平成比例而彼此不同。
图17为例示性简化图示，例示具有使用图15所示宽离子束产生器700的非均一离子注入方法注入离子的晶片的掺杂离子浓度分布。
参考图17与图15及16，当晶片101被移动于Y方向时，多个宽离子束702由宽离子束产生器700产生且照射在晶片101上。其结果，掺杂离子的第一、第二与第三剂量被注入于晶片101的第一区101-1’、第二区101-2’与第三区101-3’，其分别以第一与第二垂直边界线731与732彼此分隔。
图18为例示性图形，例示以已知离子注入所得的临界电压的累积机率与依据本发明以非均一离子注入所得的临界电压的累积机率间的比较。
从图18所示的图形可看出，以该已知离子注入所得的临界电压的累积机率，如以线A所示分布于相当宽的范围A1。另一方面，依据本发明以该非均一离子注入所得的临界电压的累积机率，如以线B所示分布于相当窄的范围B1。与已知离子注入工艺相比，依据本发明的实施例，对于大部分实施的非均一离子注入，非均一离子注入与后续步骤成功的达到所要的临界电压的累积机率较高。因为较高的临界电压对电路为非常有利的，该非均一离子注入工艺相对于已知离子注入工艺具有显著的良率。因此，可以发现，依据本发明临界电压的非均一性在整个晶片被改善。
虽然出于说明目的已经公开了本发明的特定实施例，但是普通技术人员将了解到各种修改，附加与替换是可能的，而不脱离权利要求所公开的本发明的范畴与精神。例如，上磁控管组件可包括第一、第二、第三与第四上磁控管，与下磁控管组件可包括第一、第二、第三与第四下磁控管。上磁控管与下磁控管的数目还可被增加。进而，该非均一离子注入使用该宽离子束可于晶片不仅在垂直方向而且在水平方向移动预定距离后被实施，或该晶片可于注入前以旋转方式被移动。
从以上描述所明示者为，依据本发明使用多个宽离子束的非均一离子注入设备与方法中，包括具有不同剂量的宽离子束的多个宽离子束，当晶片被移动时，照射在晶片上。因此，本发明具有在拥有不同浓度的掺杂离子被注入的区间的边界处，相当地增加剂量上差异的效果。

Claims (21)

1.一种用于非均一离子注入工艺的设备，所述设备包括：
宽离子束产生器，配置来产生多个宽离子束，所述宽离子束照射在晶片的多个区上；及
晶片驱动单元，用于当所述宽离子束由宽离子束产生器照射在晶片上时移动晶片。
2.如权利要求1的设备，其中由所述晶片驱动单元的晶片的移动为在垂直方向或水平方向，或二者。
3.如权利要求1的设备，其中由所述晶片驱动单元的晶片的移动为旋转方式。
4.如权利要求1的设备，其中所述宽离子束的至少一个具有的剂量不同于另一宽离子束的剂量。
5.如权利要求1的设备，其中所述多个宽离子束包含分别被照射在晶片的第一区与第二区上的第一宽离子束与第二宽离子束。
6.如权利要求5的设备，其中所述第一宽离子束与所述第二宽离子束具有不同剂量。
7.如权利要求5的设备，其中所述晶片的第一区与第二区由边界线彼此分隔。
8.如权利要求7的设备，其中所述边界线是垂直或水平边界线。
9.如权利要求5的设备，其中所述晶片的第一区与第二区构成所述晶片的全部表面积。
10.如权利要求5的设备，其中所述第一区与第二区构成所述晶片的至少一半表面积。
11.一种非均一离子注入设备，包括：
宽离子束产生器，含有：
上磁控管组件，包括第一上磁控管组件与第二上磁控管组件，及
下磁控管组件，包括设置在所述第一上磁控管组件与第二上磁控管组件下的第一下磁控管组件与第二下磁控管组件，使得所述第一下磁控管组件及第二下磁控管组件与所述第一上磁控管组件及第二上磁控管组件以预定距离垂直地隔开，
所述上、下磁控管组件配置来产生多个宽离子束，包括至少产生于所述第一上磁控管组件与第一下磁控管组件间的第一宽离子束，和产生于所述第二上磁控管组件与第二下磁控管组件间的第二宽离子束；及晶片驱动单元，用于移动其中宽离子束由宽离子束产生器照射其上的晶片。
12.如权利要求11的设备，还包括：
离子束源，用于产生离子束；及
磁极组件，用于放大与减少从离子束源射出的离子束。
13.如权利要求11的设备，其中所述第一上磁控管组件、第二上磁控管组件、第一下磁控管组件与第二下磁控管组件中每个都包括多个磁控管元件。
14.如权利要求13的设备，其中所述第一上磁控管组件与第一下磁控管组件中的磁控管元件数目相等于所述第二上磁控管组件与第二下磁控管组件中的磁控管元件数目。
15.如权利要求13的设备，其中所述第一上磁控管组件与第一下磁控管组件中的磁控管元件数目不相等于所述第二上磁控管组件与第二下磁控管组件中的磁控管元件数目。
16.如权利要求13的设备，其中施加至所述第一上磁控管组件与第一下磁控管组件的电压不相等于施加至所述第二上磁控管组件与第二下磁控管组件的电压。
17.一种非均一离子注入方法，包括：
照射多个宽离子束于晶片上，所述宽离子束包括至少具有第一剂量的第一宽离子束与具有不同于该第一剂量的第二剂量的第二宽离子束；及
当所述宽离子束被照射在所述晶片上时，移动所述晶片。
18.如权利要求17的方法，其中所述多个宽离子束覆盖的面积等于至少所述晶片的一半表面积。
19.如权利要求17的方法，其中所述多个宽离子束覆盖的面积等于至少该晶片的表面积。
20.如权利要求17的方法，还包括：于实施照射与移动步骤前，旋转所述晶片。
21.如权利要求17的方法，还包括：于实施照射与移动步骤前，以直线方向移动所述晶片。
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