专利名称：局部离子注入设备及方法
技术领域：
本发明 一般涉及离子注入设备和方法，更具体而言涉及局部离子注入设 备及方法。
背景技术：
许多单位工艺被形成来制作半导体存储器，例如动态随机存取存储器(DRAM)。这些单位工艺包括堆叠工艺、蚀刻工艺、离子注入工艺、光刻 工艺等，且通常是在晶片内实施。离子注入工艺是这样的工艺，其中注入硼 或砷的掺杂剂离子被强电场加速并穿过晶片的表面。材料的电学特性通过离 子注入工艺可以纟皮改变。在晶片所有范围，通常始终以相同的剂量来将离子注入至晶片内。这在 离子注入工艺中是优选的，不过这也会负面地影响其它单位工艺。特定单位 工艺的结果为，堆叠膜的厚度或蚀刻程度在晶片所有范围内变得不均匀，因 为每个单位工艺的许多参数无法精确地控制。因此，由于未精确控制的参数， 存在意外的容差。例如，在晶体管的制作中，结区域通常形成为具有轻掺杂 漏极(LDD)结构以抑止沟道相应。为此，间隔物膜形成于栅极的侧壁上， 且深源极/漏极区域以间隔物膜和4册极为离子注入掩才莫通过离子注入来形成。 然而，在执行以形成间隔物膜的单位工艺(堆叠工艺、掩模工艺和蚀刻工艺) 中，间隔物膜的长度或厚度在晶片所有范围内无法基本上均匀。进而，离子 注入无法在晶片所有范围内均匀地执行。也就是说，在晶片的中心和边缘之 间存在掺杂剂剂量的偏差。由于该非均匀性，包括晶体管阈值电压的许多参 数在同一晶片内是不同的。考虑到晶片朝尺寸增大发展的目前趋势，这会导 致严重的问题。发明内容本发明公开了 一种通过期望地控制注入掺杂剂的能量来将离子注入晶 片的可离子注入区域的方法和设备。该设备通常包括离子束发生器、以及能 够减速离子束的能量的第一和第二减速单元。更具体而言，该第一减速单元能够初级减速由该离子束发生器产生的离子束的能量。该第二减速单元能够 根据.晶片的可离子注入区域将被初级减速的该离子束的能量减速为第 一或 第二能量水平，其中离子将被注入该晶片的可离子注入区域。该第二减速单 元优选地包括能够被施加电压的至少一个电极。该设备优选地包括晶片支 架，该晶片支架可调节以定位该晶片的第 一 区域来接收具有该第 一能量的该 离子束并将其注入该第 一 区域内，以及可调节以定位该晶片的第二区域来接 收具有该第二能量的该离子束并将其注入该第二区域内。该晶片支架优选地 是可调节的，可旋转的与/或是可变化地倾斜的，以沿基本上垂直于所注入的 离子束的方向来定位该晶片。根据一个实施例，以非均匀能量将离子注入晶片的局部离子注入设备包括离子束发生器单元，用于产生离子束；第一减速单元，用于初级(最初) 减速由该离子束发生单元产生的离子束的能量；以及后续第二减速单元，用 于根据该晶片的区域将被该第一减速单元初级减速的能量次级减速为不同 的第一或第二能量，其中离子束将被注入晶片的这些区域。该第二减速单元 优选地包括至少一个减速电极。通过将具有不同水平的电压施加到该减速电 极，可以实现通过第二减速单元将该能量减速为第一或第二能量。该第二减 速单元优选地在离子束注入晶片的第一区域的情况下将该离子束的能量减 速为第一能量，以及在离子束注入晶片的第二区域的情况下将该离子束的能 量减速为第二能量。该局部离子注入设备优选地包括晶片支架(或支座)，用以支持该晶片， 使得离子束穿过第二减速单元而注入该晶片，以及用以移动该晶片，使得具 有第一能量的离子束注入晶片的第一区域且具有第二能量的离子束注入晶 片的第二区域。在各种优选实施例中，晶片支架能够沿基本上垂直于所注入 的离子束的方向来定位该晶片，旋转该晶片，与/或倾斜该晶片使得所注入的 离子束与晶片表面之间的角度是变化的。该方法通常包括提供具有第一和第二可离子注入区域；产生离子束； 将该离子束的能量减速到第一能量水平；以及随后根据该晶片的区域，将该 第一能量水平的离子束的能量进一步减速到不同的第一或第二能量水平。该 方法还包括，将来自具有该第一能量水平的该离子束的离子注入到第一晶片 区域，并将来自具有该第二能量水平的该离子束的离子注入到第二晶片区 域。该方法还包括移动该晶片，使得来自具有该第一能量水平的该离子束的离子注入到该第一晶片区域，以及来自具有该第二能量水平的该离子束的离 子注入到该第二晶片区域。根据一个实施例，其中离子按非均匀能量注入晶片的局部离子注入方法包括产生离子束；初级(最初)减速该离子束；以及根据该晶片的区域， 将该初级减速的离子束次级减速到不同的第一或第二能量，使得具有第一能 量的该离子束注入到晶片的第 一 区域以及具有第二能量的该离子束注入到 晶片的第二区域。根据另一实施例，该方法可进一步包括移动该晶片，使得 具有第一能量的该离子束注入到晶片的第一区域，以及具有第二能量的该离 子束注入到晶片的第二区域。本领域技术人员在阅读下述详细说明，并结合附图和权利要求，可以显 见本发明的附加特征。
参考下述详细说明和附图，从而更全面理解本发明。附图中 图1为依据本发明的局部离子注入设备的示意图； 图2为说明根据图l设备的离子束的位置的离子束能量变化的曲线图； 图3为说明具有图2的能量变化的离子束的注入浓度的曲线图； 图4至6为说明使用图l设备的局部离子注入方法的实施例的视图； 图7说明使用图4至6的局部离子注入方法注入到晶片的离子的注入浓 度的分布；以及图8说明使用该局部离子注入方法注入到晶片的离子的注入浓度的另一 分布。尽管所披露的方法和设备可具有各种形式的实施例，不过在图中说明 (且将在下文描述)具体实施例，应理解该公开内容是说明性的，而非旨在 将该方法和设备限制在此处所描述和说明的具体实施例。
具体实施方式
本发明披露了一种通过期望地控制注入掺杂剂的能量来将离子注入晶 片的可离子注入区域的方法和设备。该设备通常包括离子束发生器、以及能 够减速离子束的能量的第一和第二减速单元。更具体而言，该第一减速单元 能够初级减速由该离子束发生器产生的离子束的能量。该第二减速单元能够根据晶片的可离子注入区域将被初级减速的该离子束的能量减速为第 一或 第二能量水平，其中离子将被注入该晶片的可离子注入区域。该第二减速单 元优选地包括能够4皮施加电压的至少一个电极。该设备优选地包括晶片支 架，该晶片支架可调节以定位该晶片的第 一 区域来接收具有该第 一能量的该 离子束并将其注入该第 一 区域内，以及可调节以定位该晶片的第二区域来接 收具有该第二能量的该离子束并将其注入该第二区域内。该晶片支架优选地 是可调节的，可旋转的与/或是可变化地倾斜的，以沿基本上垂直于所注入的 离子束的方向来定位该晶片。该方法通常包括提供具有第一和第二可离子注入区域；产生离子束； 将该离子束的能量减速到第一能量水平；以及随后根据该晶片的区域，将该 第一能量水平的离子束的能量进一步减速到不同的第一或第二能量水平。该 方法还包括，将来自具有该第一能量水平的该离子束的离子注入到第一晶片 区域，并将来自具有该第二能量水平的该离子束的离子注入到第二晶片区 域。该方法还包括移动该晶片，使得来自具有该第一能量水平的该离子束的 离子注入到该第一晶片区域，以及来自具有该第二能量水平的该离子束的离 子注入到该第二晶片区域。所披露的方法和设备在下文结合附图予以更详细的描述，其中不同附图 中相同的参考数字表示相同或相似的元件。参考图1，局部离子注入设备包 括离子束发生单元，产生离子束；第一减速单元，初级(最初)减速由该 离子束发生单元产生的离子束的能量；第二减速单元，次级减速被初级减速 的离子束的能量；以及端站，支持晶片200，使得从第二减速单元发射的离 子束^f皮注入晶片200。离子束发生单元包括源100、源抑制器110、源提取器120及第一分析 器130。从源100产生的离子气体通过源抑制器IIO和源提取器120转换成 离子粒子。随后离子粒子进入第一分析器130,第一分析器130从所进入的 离子粒子选择性地将所需离子粒子移动到期望(或指定)路径以产生离子束。第一减速单元包括第一减速电极141和第一减速抑制器142。第一减速 电极141将从第一分析器130供应的离子束的能量减速到低于初始能量的能 量。具有减速的能量的该离子束被第一减速抑制器142加速，并穿过指定路 径。通过第一减速单元来减速该离子束的能量，这是通过调节施加到第一减 速电极141的电压来实现。第二减速单元包括第二减速电极151、第二分析器160和第二减速抑制 器152。第二减速电极151次级(进一步)减速从第一减速抑制器142供应 的离子束的能量。这里，具有不同水平的电压施加到第二减速电极151，从 而将离子束的能量减速到第一能量和第二能量。所获得的具有不同能量的离 子束的离子被注入晶片200的不同区域。例如，当晶片200的第一区域露出 使得该离子束注入该第一区域时，第二减速单元将所供应的离子束的能量减 速到该第一能量。另一方面，当晶片200的第二区域露出使得该离子束注入 该第二区域时，第二减速单元将所供应的离子束的能量减速到该第二能量。 随后，具有第一能量的离子束被注入晶片200的第一区域，且具有第二能量 的离子束被注入晶片200的第二区域。也就是说，具有不同能量的离子束分 别注入晶片200的第一和第二区域。被第二减速电极151减速到第一或第二 能量的该离子束进入第二分析器160，该第二分析器160将进入分析器160 的离子束的所需部分移动到期望的(或指定的)路径。经过第二分析器160 的离子束被第二减速抑制器152减速，且被供应到晶片200。端站包括晶片支架170，用于支持晶片200。如图1箭头180所示，晶 片支架170沿基本上垂直于所注入的离子束的方向可移动。晶片200也连同 晶片支架170的移动而一起移动。晶片200的这种移动按下述方式被控制， 即，具有第一能量的离子束被注入晶片200的第一区域，以及具有第二能量 的离子束被注入晶片200的第二区域。尽管图1示出晶片支架170仅沿基本 上垂直于离子束的方向移动，不过晶片支架170可以旋转或倾斜从而根据需 要改变所注入的离子束与晶片200的表面之间的角度。如果有任何移动，晶 片支架170的移动被控制为使得，来自具有第一和第二能量的离子束的离子 4皮分别注入晶片200的不同区域。图2为示出图1的局部离子注入设备中根据离子束的位置的离子束能量 变化的曲线图。图3为示出具有图2的能量变化的离子束的注入浓度的曲线 图。在图2,水平轴代表离子束的位置，垂直轴表示离子束的能量。具体而 言，水平轴上的参考数字表示图1的局部离子注入设备的组成元件。参考图2，设置为具有初始能量(El)的离子束的能量，在该离子束到 达第一减速电极141时，被转换成较低能量(E2 )。随后，该离子束的能量 被第一减速电极141初级(最初)减速到更低能量(E3)，直到该离子束到 达第一减速抑制器142。随后，该离子束的能量被第一减速抑制器142增大。这里，根据施加到第二减速电极151的电压，该离子束的能量被增大到较高 能量(E4)和较低能量(E5)。当施加到第二减速电极151的电压较低时， 如参考数字"210"所示，该离子束的能量被较少地减速，且因此成为(或 达到)较高能量(E4)。当施加到第二减速电极151的电压较高时，如参考 数字"220"所示，该离子束的能量被较多地减速，且因此成为(或达到) 较低能量(E5 )。如上所述，第一减速电极141和第二减速电极151产生能量畸变，因此 产生能量污染，其中用于表示最高离子浓度的深度即4殳射范围(Rp)被均匀 地维持，且在下端即尾部的离子浓度变化。也就是说，参考图3,当较低电 压施加到第二减速电极151且因此该离子束的能量被减速到较高能量(E4) 时，如参考数字"310"所示，用"A"表示的尾部处离子浓度较高。另一方 面，当较高电压施加到第二减速电极151且因此该离子束的能量被减速到较 低能量(E5)时，如参考数字"320"所示，尾部处离子浓度较低。因此， 对于通过第二减速电极151被减速到较高能量(E4)的离子束被注入晶片的 第一区域，且通过第二减速电极151被减速到较低能量(E5 )的离子束被注 入晶片的第二区域的情形，第二区域内的Rp与第一区域内的Rp相同；但 是，第二区域内尾部处离子浓度高于第一区域内尾部处离子浓度。图4至6示出使用图1所示局部离子注入设备的方法。参考图4，用于 支持晶片200的晶片支架170布置为使得晶片支架170的下端位于参考线 420上。基于这种布置，该晶片200的整个表面的仅一部分，具体地，上第 一区域201，暴露于离子束400。因此，离子束400仅注入上第一区域201。 离子束400包括多个离子粒子410。这里，从离子束发生器产生的离子束被 第一减速单元初级(初始)减速，且随后被第二减速单元次级(进一步)减 速。也就是说，该离子束的能量被第一和第二减速单元畸变。这些畸变在此 也称为"能量污染"。具体而言，较高电压施加到第二减速单元的第二减速 电极151,因此该离子束的能量被减速到较低能量(图2的E5 ),由此提高 所注入的离子浓度同时维持相同的Rp。接下来，参考图5，晶片支架170沿与所注入的离子束400垂直的方向 移动，如箭头430所示，使得晶片支架170的下端与参考线420分隔指定间 距。于是，晶片200的仅中心第二区域202暴露于离子束400。因此，离子 束400仅注入中心第二区域202。这里，通过第一减速单元的第一减速和第二减速单元的第二减速，引起该离子束的能量污染。具体而言，较低电压施加到第二减速单元的第二减速电极151,且因此该离子束的能量被减速到较 高能量(图2的E4),由此减小所注入的离子浓度同时维持相同的Rp。接下来，参考图6，晶片支架170沿与所注入的离子束400垂直的方向 移动，如箭头440所示，使得晶片支架170的下端与参考线420分隔更远。 于是，晶片200的仅下第三区域203暴露于离子束400。因此，离子束400 仅注入下第三区域203。这里，通过第一减速单元的第一减速和第二减速单 元的第二减速，引起该离子束的能量污染。具体而言，按照与离子注入到晶 片200的第 一 区域201相同的方式(参考图4 )，较高电压施加到第二减速单 元的第二减速电极151，且因此该离子束的能量被减速到较低能量(图2的 E5),由此提高所注入的离子浓度同时维持相同的Rp。图7说明通过图4至6的局部离子注入方法注入到晶片的离子的注入浓 度的分布。参考图7，晶片200的上第一区域201内的尾部具有较高离子浓 度(H)，且晶片200的中心第二区域202内的尾部具有较低离子浓度(L)。 此外，晶片200的下第三区域203内的尾部具有较高离子浓度(H)，与晶片 200的上第一区域201相同。如上所述，晶片200的所有区域具有相同Rp。图8说明使用该局部离子注入方法注入到晶片的离子的注入浓度的另一 分布。参考图8，当离子注入到晶片被执行时，晶片200在该如图4至6所 示的工艺过程被旋转。这种情况下，晶片200的边缘区域内的尾部，即第一 区域201，具有较高离子浓度(H),且晶片200的核心区域的尾部，即第二 区域202，具有较低离子浓度(L)。从上述说明显见，提供了一种局部离子注入设备和方法，其中具有不同 能量的离子束被分别注入晶片区域，由此通过能量而非掺杂剂剂量来调节掺 杂剂分布。所披露的方法和设备期望地提供了控制晶片内电学参数的能力。 具体而言，晶片区域内的尾部具有不同的离子浓度而同时维持相同Rp，因此更精细地控制电学参数，例如阈值电压、穿通特性、薄层电阻特性等。已经出于说明目的披露本发明优选实施例，不过本领域技术人员将理 解，在不背离由权利要求界定的本发明范围和精神的情况下可进行各种改 进、添加和替换。本申请主张2007年6月29日提交的韩国专利申请No. 10-2007-0065832的优先权，其全部内容引用结合于此。
权利要求
1.一种用于将离子注入晶片的设备，所述设备包括离子束发生器；第一减速单元，能够初级减速由所述离子束发生器产生的离子束的能量；以及第二减速单元，能够根据所述晶片的可离子注入区域将被初级减速的所述离子束的能量次级减速为第一或第二能量水平。
2. 如权利要求1所述的设备，其中所述第二减速单元包括至少一个减 速电极。
3. 如权利要求l所述的设备，还包括晶片支架，可调节以定位所述晶片的第 一区域来接收具有所述第一能量 水平的所述离子束并将其注入所述第一 区域内，以及可调节以定位所述晶片 的第二区域来接收具有所述第二能量水平的所述离子束并将其注入所述第 二区i或内。
4. 如权利要求3所述的设备，其中所述晶片支架可调节以沿基本上垂 直于所注入的离子束的方向来定位所述晶片。
5. 如权利要求3所述的设备，其中所述晶片支架是可旋转的。
6. 如权利要求3所述的设备，其中所述晶片支架是可变化地倾斜的。
7. —种局部离子注入方法，包括 提供具有第 一和第二可离子注入区域的晶片； 产生离子束；初始减速所产生的离子束；根据所述晶片的区域，将初始减速的离子束进一步减速到不同的第一或 第二能量水平；以及将来自具有所述第一能量水平的所述离子束的离子注入到第一晶片区 域，并将来自具有所述第二能量水平的所述离子束的离子注入到第二晶片区 域。
8. 如权利要求7所述的方法，还包括移动所述晶片，使得来自具有所述第一能量水平的所述离子束的离子注 入到所述第一晶片区域，以及来自具有所述第二能量水平的所述离子束的离 子注入到所述第二晶片区域。
全文摘要
本发明公开了一种用于将离子注入晶片的设备以及局部离子注入方法。此局部离子注入设备和方法期望地提供对所注入的掺杂剂的能量的控制。该局部离子注入设备通常包括离子束发生器、以及第一和第二减速单元。该第一减速单元减速由该离子束发生器产生的离子束的能量；且随后的第二减速单元根据晶片区域将该能量进一步减速为不同能量水平，其中离子将被注入晶片区域。
文档编号H01L21/425GK101335176SQ200810087230
公开日2008年12月31日 申请日期2008年3月24日 优先权日2007年6月29日
发明者卢俓奉, 金东锡 申请人:海力士半导体有限公司