含碳物种的冷植入技术的制作方法

专利名称：含碳物种的冷植入技术的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种离子注入，且特别是有关于一种含碳物种的冷植入技术。
背景技术：
离子注入(ion implantation)是一种利用受激离子(energized ion)直接轰击 基板而在基板内沉积化学物种(chemical species)的制程。在半导体制造中，离子注入机 (ion implanter)主要用于掺杂制程(doping process)，以改变目标材料的传导类型和传 导程度。在集成电路(integrated circuit, IC)基板和其薄膜结构中的精确掺杂分布对于 正常的IC效能常常是至关重要的。为了达成所要的掺杂分布，可能以不同的剂量和在不同 的能阶植入一种或多种离子物种。此外，离子注入是将改变电性的杂质引入半导体晶圆中的目前最常见技术。适合 的杂质材料在离子源中被离子化，且产生的离子会被加速而形成具有指定能量的离子束， 而后离子束被导向至半导体晶圆的表面。射束中的高能离子穿过半导体材料的内部且嵌入 半导体材料的晶格中，以形成具有想要传导性的区域。离子注入机典型地包括离子源，以将气态或固态材料转化成定义良好的离子束。 离子束通常会经由质量分析以去除不想要的离子种类，且被加速至想要的能量并导至目标 中。离子束可以藉由射束扫描、藉由目标移动或藉由射束扫描与目标移动的结合而分布于 目标区域。离子束可以是点状束线(spot beam)或具有长范围与短范围的带状束线(ribbon beam)。碳可以作为共植入(co-implant)物种，而与另外的预先非晶化植入 (pre-amorphization implantation, PAI)物种(如锗或硼等)结合。这个概念是将碳放置 在浅掺质(shallow dopant)与由PAI物种造成的末端(end-of-range，E0R)损伤之间。置换 型碳(substitutional carbon)可阻塞退火期间由末端产生的空隙(interstitial)，否则 可能会造成暂态加速扩散(transient enhanced diffusion, TED)以及硼空隙簇集(boron interstitial cluster,BIC)的形成。然而，碳的范围通常与PAI物种的范围重叠，所以碳 掺质本身也会对PAI有贡献。因此，碳也可以用作预非晶化种类。碳也可以用来产生局部压缩应力(localized compressive strain)。因 此，如果电晶体装置中使用SiC形成的源极/汲极，碳植入会在电晶体装置的通道中 造成拉伸应力(tensile strain)。此种情况可以改善η型金属氧化半导体(n-type metal-oxide-semiconductor, NM0S)的性能。将碳加入至电晶体材料的硅晶格中可能需 要使用磊晶成长(印itaxial growth)，或者将高剂量的碳植入至硅晶格中可能会造成非晶 化，而且碳在再成长(regrowth)的过程可能会被并入硅晶格中。因此，对于半导体制造业 者而言，非晶化与应力皆是重要的因素。因此，基于上述，目前的离子注入技术具有重大的问题与缺点，特别是植入含碳物 种的技术。

发明内容
本发明提出一种含碳物种的冷植入技术。在一例示性实施例中，此技术可以以一 种离子注入的方法来实现。离子注入的方法包括将目标材料冷却至预定温度，以及在预定 温度下，将含碳物种植入目标材料，以改善张力和非晶化(amorphization)的至少其中之
ο在本发明的一实施例中，上述的目标材料可经由背面冷却(backside cooling)、 热调节冷却(thermal conditioning cooling)和预先急冷(pre-chilling)的至少其中之
一进行冷却。在本发明的一实施例中，上述的预定温度可低于室温且高于-212°c，例如是介 于-20°C至-100°C之间。在本发明的一实施例中，上述的含碳物种可为分子碳，其包括碳、二硼烷 (diborane) >(pentaborane)、ii^fl^t (carborane)、(octaborane) > (decaborane)禾口十八硼烧(octadecaborane)的至少其中之一。在本发明的一实施例中，上述的含碳物种可为烷烃(alkane)或烯烃(alkene)，其 包括甲烷(methane)、乙烧(ethane)、丙烧(propane)、联节(bibenzyl)、丁烧(butane)和 芘(pyrene)的至少其中之一。在本发明的一实施例中，离子注入的方法还包括将添加物种植入至目标材料，以 改善预先非晶化植入(pre-amorphization implantation,PAI)或改善目标材料的导电性。 举例来说，添加物种包括锗(Ge)、硼(B)、磷(P)、硅(Si)、砷(As)、氙(Xe)、碳(C)、氮(N)、铝 (Al)、镁(Mg)、银(Ag)、金(A)、碳硼烷(carborane，C2BltlH12)、二氟化硼(boron difluoride, BF2)、十硼烷(decaborane)、十八硼烷(octadecaborane)和二硼烷(diborane)的至少其中 之一。在本发明的一实施例中，离子注入的方法可用于在目标材料中产生应力和制造超 浅接合(ultra-shallow junction，USJ)的至少其中之一。在本发明的一实施例中，离子注入的方法还包括控制剂量、剂量率、含碳物种中的 原子数、原子能(atomic energy)和压力的至少其中之一，以进一步改善张力和非晶化的至 少其中之一。在另一种例示性实施例中，此技术可以以一种离子注入装置来实现。离子注入装 置包括冷却设备以及离子注入机。冷却设备将目标材料冷却至预定温度。离子注入机在预 定温度下将含碳物种植入目标材料，以改善张力和非晶化的至少其中之一。在本发明的一实施例中，上述的冷却设备包括背面冷却设备、热调节单元 (thermal conditioning unit)禾口预先急冷器(pre—chiller)的至少其中之一。在又一种例示性实施例中，此技术可以以一种离子注入装置来实现。离子注入装 置包括用来将目标材料冷却至预定温度的设备，以及用来在预定温度下将含碳物种植入目 标材料以改善张力和非晶化的至少其中之一的设备。现将参考如附图所示的本发明的示范性实施例更详细描述本发明。虽然下文参考 示范性实施例描述本发明，但应了解，本发明不限于此。得到本文的教示的所属领域的一般 技术人员将认识到额外实施方案、修改和实施例以及其它使用领域，其在如本文描述的本 发明范围内且本发明相对于其可具有显著效用。


为了促进更完全理解本发明，现参看附图，其中以相同标号参考相同元件。这些图 式不应解释为限制本发明，而是希望仅为示范性的。图1是依照本发明的一实施例的等离子掺杂系统的部分剖面示意图。图2是依照本发明的一实施例的射束线(beam-line)离子注入机的示意图。图3是依照本发明的一实施例的用来进行背面气体热耦合(backside gas thermal coupling)的承载座的示意图。图4是依照本发明的一替代实施例的比较乙烷与碳单体效果的示意图。图5是依照本发明的一替代实施例说明温度影响碳植入效果的示意图。图6是依照本发明的一替代实施例说明并比较各种碳掺质的碳剂量与非晶厚度 的示意图。
具体实施例方式在本发明揭示的实施例提供含碳物种的冷离子注入装置和方法。含碳物种可以被植入到工件(workpiece)中，工件例如是半导体晶圆。这些含碳 物种的分子式呈现广泛地多样化。因此，在本揭示所描述的分子式中，B代表硼，C代表碳， 以及Si代表硅。X和Y各代表至少一种元素。在一些例子中，X及/或Y可以代表单一元 素(例如，X = C，Y = H)；在其他例子中，X及/或Y可以代表不只一个元素(例如，X = NH0NH3XH3)。此外，所属本领域的技术人员当知如CBY的分子式可能会以其他相等的化学 分子式来表示，其包括相同的元素以不同的顺序排列，例如BCY或CYB。在本揭示的一些实 施例中，分子式可以用CaBbY。来表示，其中a > 0、b > 0且c > 0。在一些情况中，Y可以代表至少氢(例如，包括CaBbH。的分子式)。所属本领域的 技术人员当知在一些实施例中，XaBbH。的衍生物可以被使用，其包含其他元素或元素基(例 如，CH3),以在X及/或B的位置代替氢。所述本领域的技术人员也当知，取代基可以是任 何合适的无机或有机物种。此外，在一实施例中可以使用分子式CaBbH。。所属本领域的技术人员当知，在另一 实施例中，CaBbHc的衍生物可以被使用，其包含其他元素或元素基，以在C及/或B的位置代 替氢。再者，所属本领域的技术人员当知，取代基可以是任何合适的无机或有机物种。在另 一实施例中，分子式包括碳硼烷(C2BltlH12)。所属本领域的技术人员当知，含碳物种可以不仅仅限于以分子式CBY或XBY所表 示的分子。事实上，这些含碳物种可以是由分子组成的或原子的。举例来说，含碳物种可以 是十硼烷或十八硼烷。在其他例子中，含碳物种可以是烷烃，如甲烷、乙烷、丙烷或丁烷。此 外，含碳物种也可以是芘或任何其他原子的或分子的物种，其包括至少一个碳原子。使用含碳物种可增加工件的非晶化。此外，由于每个分子中的碳原子数，因此使用 分子的含碳物种可以增加在特定射束能量所植入的碳总量。因此，在本揭示的实施例可提供离子注入系统与方法，以改善由含碳物种所造成 的非晶化。有许多参数可以被调整以改善非晶化。首先，举例来说，增加剂量可以造成工件 的非晶/结晶介面(amorphous/crystalline interface)变得更深，因此而非晶化。然而，此种非晶化会被限制，因为闸极诱导二极管漏电(gate-induced diode leakage, GIDL)会 倾向于与碳有关。其次，剂量率也可以被增加来改善非晶化，因为增加剂量率也会造成工件的非晶/ 结晶介面变更深。然而，这种效果会被离子源(ion source)产生射束电流(beam current) 的能力所限制。第三，增加一个分子中的原子数可以更快且更深地使工件非晶化。就其本身而论， 这个和改变剂量率可以具有类似的效果。分子也可以依据各自的质量来分摊组成原子中的总能量。举例来说，在深的植入 物，原子会具有高能量，且这种高能量会受限于离子注入机的磁铁能力而弯曲，或受限于有 效的力口速电压(acceleration voltage)。第四，非晶化可以经由降低工件的温度而被改善。举例来说，损坏在离子停止之后 会持续的比较长，而导致从增加的碰撞串级(collision cascade)到重叠部分产生进一步 的损坏。这种现象对于碳而言是重要的，因为碳是轻的原子而不会产生密集的碰撞串级。因 此，对于较重的物种(例如锗)而言，温度效应的影响较小。然而，降低温度最终可以产生 较深的非晶化以及较平滑的非晶/结晶介面。最后，这可能导致再成长之后的损坏减少，例 如固相幕晶再成长(solid phase epitaxial regrowth，SPER)。所属本领域技术人员当知，为例示性的目的，可以使用乙烷利用许多数上述描述 的方法以改善非晶化。举例来说，在一个标准离子源(如间接热阴极(indirectly heated cathode))和简单的前驱物(precursor)(如乙烷、丙烷等)可以产生乙烷，且冷的温度和乙 烷可以用来改善非晶化。于此技术领域具有通常知识者当知其他类似乙烷的含碳物种也可 以被使用。图1是依照本发明的一实施例的等离子掺杂系统100的示意图。请参考图1，此 等离子掺杂系统100包括制程腔体102，其定义出封闭体积103。置于制程腔体102内的工 作平台134是用作固定工件138。在一实施例中，此工件138可以是圆盘状的半导体晶圆。 举例来说，可以使用直径为300毫米(mm)的硅晶圆。在另一实施例中，工件138可利用静 电或机械力固定在工作平台134的平整表面。又在另一实施例中，工作平台134也可以包 括导电针(conductive pin)(未标示)作为与工件138之间的连结。其他各种不同的实施 例也包括在其中。此等离子掺杂系统100也包括气体来源104，用来提供掺杂气体经由气体流量控 制器(mass flow controller，MFC) 106 进入封闭体积 103 中。气体隔板(gas baffle) 170 设置在制程腔体102中，用来改变由气体来源104所送出的气流方向。压力计(pressure gauge) 108用来侦测制程腔体102内的压力。抽气帮浦(vacuum pump) 112经由制程腔体 102上的排气口 110排出制程腔体102内的气体。排气阀114经由排气口 110来控制气体 导出率。等离子掺杂系统100可以更进一步包括与气体流量控制器106电性连结的气压控 制器(gas pressure controller) 116、压力计108以及排气阀114。气压控制器116可藉 由控制对压力计108有反应的回馈线路中的排气阀114或气体流量控制器106来保持制程 腔体102所需要的压力值；其中排气阀114用来控制气体导出率，气体流量控制器106控制 制程气体流量。
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制程腔体102包括腔体上盖118，其包括由介电材料所形成的第一部分120是以水 平方向延伸出去。腔体上盖118也包括由介电材料组成的第二部份122，其是以垂直方向从 第一部分120延伸出一定高度。此外腔体上盖118也包括由可导电与导热的材料所制成的 遮盖124，在水平方向横跨延伸过第二部份122。此遮盖124是必须接地。等离子掺杂系统100还包括来源结构101用来在制程腔体102内产生等离子 140。此来源结构101包括射频(radio frequency, RF)来源150，例如电源供应器，来提供 射频电源给平板型射频天线(planar RF antenna) 126以及螺旋形射频天线(helical RF antenna) 146中的一或两者，用来产生等离子140。射频来源150藉由阻抗匹配网络152来 耦合天线126、146。在一实施例中，阻抗匹配网络152可以藉由匹配射频来源150与射频天 线126、146的阻抗，来最大化射频来源150与射频天线126、146之间的能量传输。其它不 同型式的结构也被包括在其中。等离子掺杂系统100也包括被电性耦合在工作平台134上的偏压电源供应器148。 在一实施例中，偏压电源供应器148是提供脉冲的工作平台信号，其包括提供脉冲ON及脉 冲OFF的时间周期以加偏压于工作平台134以及工件138。此外，在脉冲ON时间周期(pulse ON time period)时，可以加速由等离子140产生的离子冲向工件138 ；反之在脉冲OFF时 间周期时则否。偏压电源供应器148可以是直流或射频形式的电源供应器。其他不同的变 化形式也可以被使用。等离子掺杂系统100也包括设置在工作平台134周围的保护环(shield ring) 194。保护环194在偏压作用下可以增加植入离子在工件138边缘的分布均勻性。在 保护环194的周围须设置一个或多个的法拉第感测器(Faraday sensor)，例如圆形的法拉 第感测器199，来监控离子束电流。等离子掺杂系统100也包括控制器(controller) 156与使用者界面系统(user interface system) 158。在一实施例中，控制器156可以是一般功能的电脑或其网络，但必 须是被程式化成可以提供输入与输出的功能。在另一实施例中，控制器156可以包括其他 电子回路或零件，例如特殊应用的集成电路、可接线或可程式化的电子仪器、分离式的元件 回路等。在又一实施例当中，控制器156包括通讯器材、资料储存设备以及软体。虽然图1 的控制器156只有图示出输出信号至电源供应器148、150以及从法拉第感测器199接收到 的输入信号，控制器156也可以对其他来自等离子掺杂系统100的零件提供输出信号或接 收输入信号。其他各式样的实施例也包括在其中。使用者界面系统158包括许多元件以帮助使用者输入指令、资料或经由控制器 156监控等离子掺杂系统100。其中包括触控面板、键盘、使用者指向元件、屏幕、印表机等。 其他各式样实施例也可被使用。在操作使用上，气体来源104提供包含掺杂离子的主要掺杂气体给工件138。有许 多不同的主要掺杂气体可以使用。举例来说，在一实施例中，主要掺杂气体可以是硅(Si)、 碳(C)、氮(N)、锗(Ge)、锡(Sn)、铝(Al)、镁(Mg)、银(Ag)、金(Au)或上述气体的组合。在 另一实施例中，主要掺杂气体可能是或包括砷(As)、硼(B)、磷(P)、碳硼烷(carborane， C2B10H12)或其他大型分子化合物。在又一实施例当中，主要掺杂气体可以是烷(alkane)或 其他以原子或分子型式的含碳物种。其它各式样的主要掺杂气体的实施例也包括其中。气压控制器116控制进入制程腔体102的主要掺杂气体的流量。来源结构101运作可在制程腔体102内产生等离子140。来源结构101是由控制器156来控制。为了产生 等离子140，射频来源150必须与至少一个射频天线126、146产生共振电流，才能在制程腔 体102中制造出一个电磁场，如一个震荡、直流或射频电场，接着可以藉此在制程腔体102 中激发或离子化主要掺杂气体并产生等离子140。偏压电源供应器148提供脉冲平台信号(pulsed platen signal)以加偏压于工 作平台134及工件138。在脉冲ON时，可以加速由等离子140产生的离子冲向工件138。 可以依照所需的剂量率去调整脉冲平台信号的频率及/或脉冲的工作周期(duty cycle) 0 也可以照所需能量调整脉冲平台信号的振幅大小。在其他所有条件固定下，愈大的能量会 造成愈深的植入深度。图2描绘出在本揭示的一实施例中的射束线离子注入机200。根据图2，射束线离 子注入机200包括可以产生离子而形成离子束281的离子源280。离子源280包括离子腔体 283以及盛装预被离子化的气体的气体盒(未显示)。气体会被提供至离子腔体283来进行 离子化。在一实施例中，此气体可以是或包括是砷(As)、硼(B)、磷(P)、碳硼烷(carborane， C2B10H12)或其他大型分子化合物。在另一实施例当中，主要掺杂气体可以是烷(alkane)或 其他以原子或分子型式的含碳物种。这些离子会从离子腔体283中抽取出来形成离子束 281。离子束281会被导引至由解析磁铁(resolving magnet) 282所组成的开口中。电 源供应器会连接至离子源280的萃取电极(extraction electrode)(未显示)，并提供可 调式的电压。举例来说，在一个高电流离子注入机中需要大约0.2到SOkV的电压。所以， 藉由可调式的电压，从离子源280出来的单一带电离子可以被加速到具有0. 2到SOkV的能量。离子束281会经过抑制电极(suppression electrode) 284与接地电极285，最后 到质谱仪286。如图2所示，质谱仪286包括了解析磁铁282。质谱仪286会把离子束281 导引至具有解析孔径(resolving aperture) 289的遮罩电极(masking electrode) 288。在 另一实施例中，质谱仪286包括解析磁铁282、遮罩电极288以及解析孔径289。解析磁铁 282可以使离子束281中所需要的离子转向，进而使所需的离子物种通过解析孔径289。而 不需要的离子物种则不会通过解析孔径289，而这些不需要的离子就会被遮罩电极288挡 下。举例来说，在一实施例中，解析磁铁282能使需要的物种离子偏折达大约90度。所需要的离子会经过解析孔径289到达角度修正磁铁(angle correction magnet) 294。角度修正磁铁294能使进入的离子偏折，使得原本离散的离子束聚焦成带状 离子束212。此带状离子束212会以大量平行的离子射出。举例来说，在一实施例中，角度 修正磁铁294能偏折所需物种的离子达大约70度。在另一实施例中，射束线离子注入机 200也可包括加速或减速离子的装置。其他各种不同的实施例也包括其中。终端站(end station) 211位于带状离子束212的投射路径上，可以支撑固定一至 多个工件，如工件238 ；以致使所需离子物种布植进入工件138。终端站211包括一个平台 295来固定工件238。终端站也可能包括一个扫描机(未显示)，用来垂直移动工件238到 带状离子束212截面的长范围照射。因此可以使整个工件238的表面被均勻的离子照射。 除了如图2所描绘的带状射束212之外，还有其他不同种类的射束与实施例也包括其中，例 如点射束。
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离子注入机200也包括其他附加的元件。举例来说，在一实施例中，终端站211就 可包括工件自动处理设备，用来传送工件进入射束线离子注入机200以及在完成植入后传 送出工件。在另一实施例中，终端站211也包括剂量量测系统、电子流枪(electron flood gun)或其他类似元件。在离子布植的过程中，整个离子束212所横跨经过的路径都处在真 空状态下。此外，射束线离子注入机200可提供热离子注入与冷离子注入的不同布植需求。如同以上所述，为了增加非晶性，工件需被降至低温。根据一实施例所揭示，图3 描绘出承载座300，用作背面气体热耦合(backside gas thermal coupling)之用。此承载 座300具有背面气体装置来进行背面气体热耦合。在一实施例中，背面气体热耦合运作在 一个如图1的等离子掺杂系统。在另一实施例中，背面气体热耦合可运作在如图2的射束 线离子注入机。其他不同的种类与应用也包括在其中。请参照图3，当气体原子或分子301流过工件338与承载座300之间，气体 原子或分子301会撞击承载座300的表面，且获得与承载座300温度相符的平移能 (translational energy)与转动能(rotational energy)。与承载座300温度相符的能量 可以利用一个调节系数(accommodation coefficient)来描述，此调节系数描述在气体原 子或分子301与其撞击的承载座300表面之间所遭受的耦合。在此例子中，调节系数可以 视原子或分子301的细节而定(例如，自由度(degrees of freedom)),以及视撞击表面的 细节而定(例如，粗糙度(roughness)或粘附系数(sticking coefficient))。然后，热化原子或分子301可以穿过工件338与承载座300之间的间隙303。相较 于原子或分子301的平均自由路径(mean free path)(如碰撞之间的平均行进距离)，如果 工件338与承载座300之间的距离较小，穿过间隙303的行程可以是直的路径。当原子或 分子301到达工件338，相同的热化过程会在工件338发生。举例来说，在一实施例中，如果 工件338比承载座300热，原子或分子301可以吸收来自于工件138的能量。另一方面，如 果承载座300比工件338热，那么原子或分子301可以吸收来自于承载座300的能量。所 以，当原子或分子301经过工件338与承载座300之间，会使两个表面趋向于相同的温度。 如此一来，工件338不是会被加热就是会被冷却。如果在原子或分子301之间发生大量的 碰撞，可以使这种热传递(heat transfer)的效率较小，这是由于原子或分子会因此分摊彼 此之间的能量。虽然较高的气体压力意味着更多的原子或分子301以在工件338与承载座300之 间传递热，这也意味着更短的平均自由路径。因此，在低压时，热传递会与气体压力成比例。 当压力升高到某点而使平均自由路径下降到工件338与承载座300之间的间隙303，这种增 加会开始降低。藉由使工件338保持较接近承载座300，可以使用较高的压力。于此技术领 域具有通常知识者当知，在大部分的实例中，夹压(clamping pressure) 一般会高于背面气 体压力(backside gas pressure)。其他变化也可以被提供。在另一实施例中，可以使用热调节单元来冷却工件。举例来说，工件可以被放置在 热调节单元上。在一实施例中，例如使用机器手臂可在热调节单元与承载座之间移动工件， 且工件可以被冷却到室温以下。所属本领域的技术人员当知，为了达到最佳的非晶化，工件可以被冷却到各种不 同的预定温度。举例来说，冷却范围可以低于室温至-212°C。在一实施例中，工件可以被冷 却至0°C或低于0°C。在另一实施例中，工件可以被急冷控温在介于-20°C与-100°C之间。
10在又一实施例中，可以使工件急冷至大约-60°C。也可以运用其他各种不同急冷温度的实 例。因此，根据另一实施例，可以在终端站或制程腔体中使用预先急冷器来冷却工件。 举例来说，在一实施例中，预先急冷器可以是在终端站(end station)或制程腔体内的一 个平台(platform)。在另一实施例中，预先急冷可以在一个装载闸(load lock)中进行。 在又一实施例中，工作平台可以利用类似图3所述的方式使工件急冷。其他不同的实施例 也可以达成预先急冷。举例来说，这些包括其他揭示于下列美国专利申请案的冷却方法， 其中下列申请案是以引用的方式并入本说明书中英格兰(England)等人于2006年8月 15日提出申请之美国专利申请案第U. S. Patent Application No. 11/504，367号、布雷克 (Blake)等人于2006年9月23日提出申请的美国专利申请案第11/525，878号、以及英格 兰(England)等人于2007年4月10日提出申请的美国专利申请案第11/733，445号。图4是依照本揭示的一实施例的例示性曲线图400，其说明碳分子乙烷与单纯碳 单体比较的效果。在此实验例中，使用乙烷作为含碳物种显示出会使非晶化增加大概50%， 以及可以产生实质上陡峭的轮廓而适合离子注入。图5是依照本揭示的一替代实施例之例示性曲线图500，其说明温度影响碳植入 效果。在较低的温度下(例如，-100°C)植入碳可使非晶化增加大概100%。此外，超过非 晶化层的碳剂量会减少。图6是依照本揭示的另一实施例的例示性曲线图600，其说明并比较各种碳掺质 的碳剂量与非晶厚度。在此实施例中，与标准植入相比，当进行冷植入时，显示出非晶厚度 会增加。因此，含碳物种的冷植入既可改善超浅植入也可改善应力技术。举例来说，含碳物 种可以在冷的条件下被植入，例如在-60°C。此外，含碳物种的冷植入可以单独进行，或者和 其他物种(如锗)一起进行以作为PAI。此外，含碳物种的冷植入可以用来制造超浅接合(USJ)。为了植入超浅接合 (USJ)，可以使工件非晶化，以便使掺质(例如，硼、磷等)不会在工件的晶格里形成通道。碳 可以被植入以产生非晶层。举例来说，碳的冷植入可以提供硼或磷较好的活化作用。冷的 温度可以使掺质轮廓较浅，且也可避免工件的晶格里形成通道。特别是，碳可以与硼或磷竞 争活化位置，因而可抑制硼或磷的扩散。所属本领域的技术人员当知，虽然只有叙述一个实 例，其他超浅植入可以以类似的方式进行含碳物种的冷植入。而且，可以进行含碳物种的冷植入以产生应力。被植入工件内以产生应力的碳可 以将原子碰撞到工件的晶格外。举例来说，这些可以是硅或锗原子。如果含碳物种是具有 许多碳原子的分子化合物，因此碳原子将原子从工件的晶格碰撞出去的机会会增加。因此， 含碳物种的冷植入可以增加非晶化与应力。因此，在冷的温度条件下植入碳分子可实质上改善非晶化效果和应力效果，且可 使离子注入最佳化，特别是在制造超浅接合(USJ)。所属本领域的技术人员亦当知，虽然本揭示的实施例是针对使用以射频模式(RF mode)操作的等离子掺杂系统进行植入，其他实施方式、系统及/或操作模式也包括在其 中。举例来说，这些包括其他等离子类的离子注入系统，如辉光放电等离子掺杂(glow discharge plasma doping, GD-PLAD)或其他离子注入系统。
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所属本领域的技术人员亦当知，虽然本揭示的实施例是以含碳物种来进行说明， 其他植入物种也可包括在其中。举例来说，这些包括的含氟分子(例如是二氟化硼(BF2)), 或者是含砷分子或含磷分子(例如是砷二聚物(As2)或磷二聚物(P2)，或是砷四聚物(As4) 或磷四聚物(P4)) ο所属本领域的技术人员亦当知，本文所揭示的实施例不仅提供数种操作模式，而 且这些不同的模式可以提供在其他方面没有被提供的额外植入客制化。本发明所揭示内容并不限于说明书实施例中所描述的部份。当然，除本说明书描 述的实施例之外，对于所属本领域的技术人员来说，从前述说明书以及附图中得知本发明 所揭示的其他的种实施例及其修改实施例是显而易见的。因而，这些其他的实施例与修改 实施例均落入本发明所揭示的范围之内。此外，虽然这些所揭示内容已经在本文中描述为 在特定环境下为特定目的所作的特定执行，但是所属本领域的技术人员将认识到其有效性 并不限于此，并且本发明所揭示的内容可以在任意情况下为任意目的而有利地执行。因此， 本文阐明的权利要求应考虑到本发明所揭内容的全部范围和精神来解释。
1权利要求
一种离子注入的方法，包括将一目标材料冷却至一预定温度；以及在该预定温度下，将一含碳物种植入该目标材料，以改善张力和非晶化的至少其中之一。
2.根据权利要求1所述的离子注入的方法，其中该目标材料是经由背面冷却、热调节 冷却和预先急冷的至少其中之一进行冷却。
3.根据权利要求1所述的离子注入的方法，其中该预定温度低于室温且高于-212°C。
4.根据权利要求1所述的离子注入的方法，其中该预定温度介于-20°C至-100°C之间。
5.根据权利要求1所述的离子注入的方法，其中该含碳物种为分子碳，其包括碳、二硼 烷、五硼烷、碳硼烷、八硼烷、十硼烷和十八硼烷的至少其中之一。
6.根据权利要求1所述的离子注入的方法，其中该含碳物种为一烷烃或一烯烃，其包 括甲烷、乙烷、丙烷、联苄、丁烷和芘的至少其中之一。
7.根据权利要求1所述的离子注入的方法，还包括将一添加物种植入该目标材料，以 改善预先非晶化植入(PAI)或改善该目标材料的导电性。
8.根据权利要求8所述的离子注入的方法，该添加物种包括锗(Ge)、硼(B)、磷(P)、硅 (Si)、砷(As)、氙(Xe)、碳(C)、氮(N)、铝(Al)、镁(Mg)、银(Ag)、金(A)、碳硼烷(C2B10H12)、 二氟化硼(BF2)、十硼烷、十八硼烷和二硼烷的至少其中之一。
9.根据权利要求1所述的离子注入的方法，其中该方法用于在该目标材料中产生应力 和制造一超浅接合(USJ)的至少其中之一。
10.根据权利要求1所述的离子注入的方法，还包括控制剂量、剂量率、该含碳物种中 的原子数、原子能和压力的至少其中之一，以进一步改善张力和非晶化的至少其中之一。
11.一种离子注入装置，包括一冷却设备，以将一目标材料冷却至一预定温度；以及一离子注入机，以在该预定温度下将一含碳物种植入该目标材料，而改善张力和非晶 化的至少其中之一。
12.根据权利要求11所述的离子注入装置，其中该冷却设备包括一背面冷却设备、一 热调节单元和一预先急冷器的至少其中之一。
13.根据权利要求11所述的离子注入装置，其中该预定温度低于室温且高于-212°C。
14.根据权利要求11所述的离子注入装置，其中该预定温度介于-20°C至-100°C之间。
15.根据权利要求11所述的离子注入装置，其中该含碳物种为分子碳，其包括碳、二硼 烷、五硼烷、碳硼烷、八硼烷、十硼烷和十八硼烷的至少其中之一。
16.根据权利要求11所述的离子注入装置，其中该含碳物种为一烷烃或一烯烃，其包 括甲烷、乙烷、丙烷、联苄、丁烷和芘的至少其中之一。
17.根据权利要求11所述的离子注入装置，其中该离子注入机为一等离子掺杂系统或 一射束线离子注入机。
18.根据权利要求11所述的离子注入装置，其中该离子注入机将一添加物种植入该目 标材料，以改善预先非晶化植入(PAI)或改善该目标材料的导电性。
19.根据权利要求18所述的离子注入装置，其中该添加物种包括锗(Ge)、硼(B)、磷 (P)、硅(Si)、砷(As)、氙(Xe)、碳(C)、氮(N)、铝(Al)、镁(Mg)、银(Ag)、金(A)、碳硼烷 (C2B10H12)、二氟化硼(BF2)、十硼烷、十八硼烷和二硼烷的至少其中之一。
20.根据权利要求11所述的离子注入装置，还包括一或多个控制器，以控制剂量、剂量 率、该含碳物种中的原子数、原子能和压力的至少其中之一，以改善张力和非晶化的至少其 中之一。
21.一种离子注入装置，包括一用来将一目标材料冷却至一预定温度的设备；以及一用来在该预定温度下将一含碳物种植入该目标材料以改善张力和非晶化的至少其 中之一的设备。
全文摘要
本发明揭示一种含碳物种的冷植入技术。在一例示性实施例中，此技术可以以一种离子注入装置来实现。离子注入装置包括冷却设备以及离子注入机。冷却设备将目标材料冷却至预定温度。离子注入机在预定温度下将含碳物种植入目标材料，以改善张力和非晶化的至少其中之一。
文档编号H01L21/265GK101939822SQ200980104251
公开日2011年1月5日 申请日期2009年2月11日 优先权日2008年2月11日
发明者克里斯多夫·R·汉特曼, 安东尼·雷诺, 盖瑞·E·迪克森 申请人:瓦里安半导体设备公司