TW446987B - Method and apparatus for low energy ion implantation - Google Patents

Description

4469 8 7 經濟部智慧財產局員工消费合作社印數 A7 B7 五、發明說明（f ) 發明之領域 本發明關於用於離子植入一工件之系統及方法’及特 別關於以低能量離子作半導體晶圓之離子植入之方法及設 備β 發明之背景 離子植入爲將傳導率改變之雜質導入半導體晶圓之標 準技術。理想之雜質材料在離子源中予以離子化’離子被 加速以變成指定能量之離子束，離子束被導向晶圓之表面 。在離子束中被激勵之離子穿入大部分半導體材料中’並 嵌入半導體材料之晶格內以脸成理想傳導率區。 離子植入系統通常包括一離子源，將氣體或固體材_魁 轉換爲良好形成之離子束。離子朿被質量分析以消除不理 想之離子種類，並加速至一理想能量再導向且標平面。以 目標運動或離子束掃描或兩者結合之方式，將離子束分佈 在目標區上離子植入器習知技藝之例子曾揭示於1981年 6月30曰頒給Enge之美國專利號碼4276477 ; 1981年8月 11曰頒給Turner之美國專利號碼4283631 ; 1990年2月6 曰頒給Freytsis等人之美國專利號碼4899059 ;及1990年5 月1日頒給Berrian等人之美國專利號碼4922106 » 在半導體工業中之眾所周知.的皰塾爲小型髙谏之裝置 。特別是在半導盟豊置中之側向尺寸及深度特性均日減。 尖端科技半導體裝置需要小於1000埃之接點深度，及甚至 需要小於200埃之大小的接點深度。 摻劑材料之植入深度至少部份由植入半導體晶圓之離 3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------------裝·！ —訂------！ ·線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4469 8 7 A7 ___B7______ 五、發明說明（7 ) 子能量决客。垛低植入能量可獲得淺接點▲離子植入器之 Λ型設計ί系以相Jtlf之植AiU：作有效作業，例如在 50KeV至400KeV之範圍’但可能在淺接點植入所需之能 量下，不<能有身發揮功JB。在低植入能量如2KeV或以下 ，流至晶JiH雷流較期望小很多，有時可能接近零。結果 需憂·宂長之植入時間以逹到規定濟1置，因此，輸出量大受 擊蓋。此種輸出量之降低將增加製造成本>敢石爲半導體 裝置戴造菌新接受。 在低能量離子植入之習知技藝方法中，離子植入器以 漂移模式胃操作。離子以低電壓自離子源摘 取及自離子源漂移至目標半導體晶圓上。但小量離子電流 係流至晶圓，因爲，離子源於低摘除電壓係無效率操作。 此外，難吞輸送至難王摘叉幕離子可能撞擊 離子植入器之組件而〇 另一習知技藝方法利用在半導體晶圓附近之減速電極 。離子自離子源以較高電壓被摘取，於是在植入晶圓之前 由减ΜΜ予以_ It方街仍然康到離子束癀'張之影響 ，故僅有由離子源產生(小部份離子係入射於目攘半導體晶 / 圓。 因此’有需要提供低能量離子植入之改進方法及設備 0 本發明槪述 根據本發明之第一特性，備有一離子植入器。此離子 植入器含.一離子束產牛器包括一離子源丨;/產生離及摘 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — — — — — — — — — — — — ^i — Γ靖先閲靖背面之注^.項再填寫本頁} -δί· ..線· 經濟部智慧財產局具工消費合作社印製 4 46 9 8 7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（勹） 取電極其上加有摘取電壓以加速離子而形成離子束、一支 持器以支撐一工件於離子束中、及電壓產生電路係與工件 成電連接電壓產生電路將一偏壓加至工件上，該電壓與 摘取電壓爲反極性並較摘取電壓大小爲小。離子束中之離 子以能量檀ϋ件中，證能量爲摘取電壓與偏壓間之差之 ° 支持器之構造最好能支撐一或多個半導體晶圓。在一 例中，支持器含一碟以支撐複盤個半導體晶圓，及一馬達 以旋轉該碟，故半導體晶圓可通過離子束。晶圓可與該碟 成電接觸。離子植入器尙可含劑量電子組件以測量植入晶 圓中離子之劑量。電壓產生電路可含電源供應器，係連接 在碟與劑量電子組件之間。偏壓之典型範圍約在0至2KV (仟伏特）。 _ 離子植入器尙可含一法拉第系統，配置在半導體晶圓 之前’及一機構供將法拉第系統加上偏壓。一等離子（電 漿）溢流槍可裝在法拉第系統中。 根據本發明另一特性，備有一低能量離子植入之方法 °此方法含下列步驟：在一源中產生離子，以第一電壓將 離子加速而形成離子束，將工件置於離子束中，在工件上 施加與第一電壓極性相反並爲低之第二電壓。離子束中離 子以一能量植於工件中，該能量爲第一及第二電壓間之差 之函數。 圖式簡略說明 爲對本發明之較佳瞭解，請參考下列倂入參考之各圖 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐 -------I I I I I * I--I I 訂 ---—II (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 446987 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（中） 式： 圖1爲適於倂入本發明之離子植入器之一例之方塊圖 t 圖2爲終站之略圖’在該站，偏壓加至晶圓上；及 圖3爲作爲以深度（埃）爲函數之每—立方釐米原子 中之濃度曲線，顯示本發明及習知技藝之植入技術中植入 晶圓之植入輪廓。 詳細說明 圖1顯示適於倂入本發明之離子植入器之方塊圖。離 子束產生器10包括離子源12以產生所期望摻雜材料之離 子、摘取電極14位於離子源12中一孔隙附近、一摘取電 源供應器16以將摘取電極加上與離子源成負之偏壓、及一 氣體源18供應氣體至離子源12以備離子化。摘取電極Η 自離子源12摘取離子以形成離子束20。一質量分析器30 ，其可含分析器磁鐵32及具有解析孔隙36之屏蔽（罩） 34，該分析器自離子束產生器10產生之粒子中選擇所期望 之離子種類。該離子種類通過解析孔隙36至加速器40。 加速器40將離子束中之離子加速至希望能量。掃描器42 將離轉以形成掃描之麗壬一終站50在掃描 離子束44之路徑中支撐一或多個晶圓或其他工件，俾理想 種類之離子被植入半導體晶圓中·» 離子植入器可包括爲此技藝人士所知之其它組件。例 如，終站50係典型可包括自動晶圓處理裝備以將晶圓引進 離子植入器內，及在植入後將晶圓移除。吾人了解由離子 6 本紙張尺度適用_國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） I----------------I ! I 訂------— 1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 446 9 8 7 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（f) 束橫過之整個路徑在離子植入期間被抽真空。對精於此技 藝人士而言，有不同型式之離子植入器構型。 如上所述，某些應用需要在終站50以低植入能量，（ 如2KeV或更少)將離子植入晶圓。低植入能量可使製造淺 接點之半導體裝置。一習知技藝之方法爲關閉加速器40並 以所需之植入電壓操作摘取電源供應器16。但離子束產生 器在摘取電壓2KeV之下或更少係典型上無法有效工作。 此外，低能量離子束在輸送至離子植入器時會擴張，束中 之離子可能撞擊植入器組件，而非在終站50中之半導體晶 圓。小的離子電流係流至晶圓，因而需要較長植入時間以 達規定劑量。結果，習知技藝之低能量作業效率不佳。 圖2顯示本發明之終站50之一略圖。半導體晶圓如晶 圓60及62安裝在晶圓支撐碟66之邊緣附近。碟66耦合 至碟馬達70，並在馬達70被激勵時繞軸68旋轉。典型碟 可包括可容納13晶圓之位置。此晶圓安裝位置可與軸68 傾斜以提供離心夾力，此爲技藝中人士所知。離子束44通 過入口孔隙70進入終站50，並入射至晶圓60 »碟66旋轉 時，在碟66上之不同晶圓係暴露在離子束44之下。 法拉第系統80配置在碟66之前面，俾離子束44通過 法拉第系統80。法拉第系統80用夾測量植入晶圓中之離 子劑量。法拉第系_統包括電極82毗鄰晶圓60及一磁偏壓 環84。此外，法拉第系統80可包括一等離子溢流龙：紙以 控制被植_入晶圓上電荷之建立。電極82、磁偏壓環84及 等離子溢流槍86均有共同電位。碟第系統80係 7 --- ----— —— — — — ---I I ί I 訂.I I--ί I I I <請先閲讀背面之注f項再填窝本頁) 表紙張尺度適用會圏國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 446987 A7 B7 五、發明說明（厶） _:連接至劑量電子ia禅JO，其監視植入盖鳳之離子Μ量。 根據本發明，被植入之晶圓加上正電壓之偏壓。此偏 虜將離子束44中之離子減速，俾離子被以低能量植入。晶 圆最好加上正偏壓，其範圍約爲〇_2KV。但’偏壓不限於 此範圍。此偏壓允許摘取電源供應器16(圖D被設定爲較 高電壓，俾離子更有效地自離子源12摘取並通過植入器輸 送到終站50。離子被偏壓減麗低能量植入晶圓中^結 檗’相對較高之査璽暈下送出° 以離子束中之正離子之典型情況而言’摘取電極14以 與離子源12相對爲負之電壓偏壓’被植入之晶圓係以與地 電壓相對爲正予以偏壓。結果，雛子束中之離王玻Λα在摘 取電極14之摘取電壓所加速，且係_„被加在晶亂上之遍星減 速。-摘取雷廊小爲大。因此’ St入能量爲_電 虜與偏壓間之羞之函數。 圖2敘述本發明之實施。一電壓產生電路’可能爲電 氣浮_電源供應器100，係電連接在碟66與劑量電子組件 90之間。電源供應器100可在0-2KV範圍間調整。碟66 爲導電材料並與安裝其上之晶圓60、62成電接觸。劑量電 子組件90爲典型接地。因此，電源供應器1〇〇施加由範圍 0至2KV之正偏壓至晶圓60與62。電源供應器100可係以 任何適當之電壓產生電路取代，如具有選擇値之串聯電阻 器以產生標稱操作電流之期望偏壓。開關102可跨電源供 應器100之端點連接。當開關102閉合時，電源供應器100 被有效禁止，碟66以接近地電位操作。開關102在以高能 8 -------------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 46 9 8 7 a? B7 五、發明說明（7) 量位準之離子植入期間閉合，而在低能量植入時開啓。當 開關102開啓，由電源供應器100建立之偏壓係供應至晶 圓60、62等。 法拉第系統80之接地電極82經開關110連接至電源 供應器100之負端ϋ，及經由開關112連接至電源供應器 100之正端點。當低能量植入時，開關112閉合，及開關 110開啓。因此，電極82被電源供應器100之電壓偏壓， 並等於碟66、晶圓60及62之電位。在較高能量植入時， 電源供應器100被禁止施加偏壓至晶圓60及62，開關112 開啓及開關110閉合，故電極82維持在或接近零電位。簡 言之，法拉第系統80在低能量及高能量植入期間，最好以 與晶圓60及62之相匣電壓予以偏壓，以傅保證等離子溢 流槍86之適當作業。 圖3說明本發明及習知技藝之植入圖形。每立方釐米 原子中之硼離子濃度自半導體晶圓之表面以埃爲函數深度 繪出。曲線150及152代表根據習知技藝之植入，曲^154 及』56代表本發明之後人-習知技_植入係以操作在漂移 模式之植入器所操作，其中植入能量由離子束產生器中所 利用之摘取電壓決定，並且無偏壓加在晶圓上。在根ίΤ本 發明Ϊ植入中，晶圓被加上2KV之偏壓，在離子束產生器 中之摘取電極被加上偏壓以達到理想之植入能量。例如， 3KV之摘取電壓及2KV之偏壓得到植入能量爲IKeV。吾 人發現，在IKeV(曲線152)之習知技藝植入及IKeV(曲線 154)之本發明植入係產生幾乎相同之植入輪廓。但本發明 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐) !ϊ! 裝i!訂·！ 線 《請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 4469 8 7 A7 五、發明說明（f ) 之IKeV植入在20分鐘內完成，但習知技藝lKeY之植入 需要400分i’此係由於低離子電流之故。一項植入無法 利用潛知技藝構型在零子伏鞛下―勃.行。 根據習知技藝以不同植入能量與本發明利用偏壓加至 晶圓之離子束電流之比較顯示於表1中。根據本發明，晶 圓被2KV偏壓，摘取電壓被設定能達到理想植入能量。因 此，例如，爲達到IKeV之植入能量，摘取電壓設定3KV ，偏壓設定爲2KV。在習知技藝構型中，晶圓係接地且植 入能量由離子束產生器之摘取電壓建立。吾人發:現根據本 發明，利用偏壓可獲得高出許參&離子束電菰。例如，在 IKeV之植入能量，本發明之構型可提供jma之離子束電流 ，而習知技藝構型則僅提供〇.〇8ma之離子束電流。 表1 植入能量 離子束電流以ma爲單位 習知技術 本發明 5KeV 5 7 4KeV 3 4 3KeV 2 3 2KeV 1 2 IKeV 0.08 1 500eV feE TYVH 0.7 250Ev 無 0.5 本發明已以終站構型予以說明，其利用旋轉碟以安裝 半導體晶圓。不同之終站構型已爲此技藝人士所熟知。例 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 乙 -------------裝——-----訂---------線------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 44698 7 A7 _______B7 五、發明說明（γ ) 如，終站可構型爲一次植入一個晶圓。此外，不同之晶圓 夾住技術包括離心力、靜電及週邊夾環等均可利用。在每 一種情況下，偏壓均可施加在晶圓上。此偏壓及離王束產 生器_之摘取電壓須加似選徵，俾摘取電壓與偏壓間之差可 產生理想之植入能量。摘_取電壓之選擇可提供晶W之離子 電流之。 以上所述及顯示者爲本發明之較佳實施例，對精於此 技藝人士將甚爲明顯，不同之修改及改變均屬可行而不致 有悖本發明之申請專利範圍所限定之範疇。 (請先閱讀背面之注§項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用_國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. B8 C8 D8 4469 8 7 六、申請專利範園 1. 一種離子植入器’包含： 一離子束產生器’包括離子源以產生離子’及摘取電 極具有摘取電壓加於其上以加速該離子使形成離子束； 一支持器，以支撐一工件於該離子束中；及 一電壓產生電路’與工件成電接觸以施加一偏壓至工 件上，該偏壓係相反極性且較摘取電壓爲小’其中在離子 束中之離子以一能量植入工件中’該能量爲摘取電壓與偏 壓間之差之函數。 2. 如申請專利範圍第1項之離子植入器’其中該支持 器之構型可支撐至少一個半導體晶圓。 3. 如申請專利範圍第1項之離子植入器’其中該支持 器含一碟以供支撐複數個半導體晶圓，及含一馬達以供旋 轉該碟，俾該半導體晶景通過該離子束。 4. 如申請專利範圍第3項之離子植入器’其中該半導 體晶圓與該碟成電接觸’其中該電壓產生電路施加該偏壓 至該碟。 5. 如申請專利範圍第4項之離子植入器’尙含劑量電 子組件以供測量植入半導體晶圓之離子劑量’其中該電壓 產生電路包含連接在該碟與該劑量電子組件間之電源供應 器。 6. 如申請專利範圍第5項之離子植入器，尙包括機構 以阻止該偏壓在植入能量之選擇位準之上° 7. 如申請專利範圍第2項之離子植入器，尙含劑量電 子組件以供測量植入半導體晶圓中離子之劑量’其中該電 _______L_-_ - 札張尺度逋用中國國家樑率（CNS ) A4洗格（210X297公釐） —^-------襄------訂·------M- (請先t讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 ABCD 4469 8 7 六、申請專利範圍 壓產生電路含一電源供應器連接在該半導體晶圓及該劑量 電子組件之間。 8. 如申請專利範圍第2項之離子植入器，尙含劑量電 子組件以測量植入半導體晶圓之離子劑量，其中該電壓產 生電路含一電阻器連接在半導體晶圓與劑量電子組件之間 〇 9. 如申請專利範圍第1項之離子植入器，其中該電壓 產生電路含電源供應器，係與工件成電連接。 10·如申請專利範圍第1項之離子植入器，其中該偏壓 之範圍在0至2仟伏特之間。 11.如申請專利範圍第2項之離子植入器，尙含一法拉 第系統，包括一等離子溢流槍，配置在半導體晶圓之前面 ，及一機構«該偏壓將法拉第系統偏壓。 I2·—種、能量離子植入方法，包含下列步驟： 在一離生離子； 以第一電壓加速該離子以形成離子束； 將一工件置於該離子束中：及 以在工件上施加第二電壓將離子束中之離子減速，該 第二電壓爲相反極性並較第一電壓爲小，其中該離子源中 之離子以一能量植入工件中，該能量係第一及第二電壓間 之差之函數。 13·如申請專利範圍第12項之低能量離子植入方法， 其中放置工件之步驟含在該離子束中支撐一半導體工件。 14.如申請專利範圍第12項之低能量離子植入方法， 本紙張尺度逋用中國國家標率（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） ---------^------tr------^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 ^469 g 7 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 '、申請專利範圍 其中放置工件之步驟含支撐複數個半導體晶圓於一碟上’ 並將碟旋轉，俾半導體晶圓通過該離子束° 15. 如申請專利範圍第14項之低能量離子植入方法’ 其中施加第二電壓至工件之步驟含施加一偏壓至該碟9 16. 如申請專利範圍第12項之低能量離子植入方法’ 尙包括一步驟，自該工件將高於選擇位準之植入能量之第 二電壓除去。 17. 如申請專利範圍第13項之低能量離子植入方法’ 其中一法拉第系統配置在半導體晶圓前面，尙含將該法拉 第系統以第二電壓加以偏壓之步驟。 18. —種離子植入器，包含： 一離子束產生器，供產生一離子束，其含由第一電壓 建立之第一能量之離子； 一支持器，以支撐一工件於該離子束中；及 一電壓源，供施加工件以第二電壓，該電壓爲反向極 性並較該第一電壓爲小，其中離子束中之離子係以一能量 植入工件中，該能量爲第一及第二電壓間之差之函數。 19. 如申請專利範圍第is項之離子植入器*其中該支 持器之構型可供支撐至少一個半導體晶圓。 ---------装------打------^ <請先閲讀背面之ίΐ-ϊ^·再填寫本X) 私紙張尺度逋用中困國家榡準（CNS ) A4规格（21〇X297公釐）