用于低温离子注入的方法和系统的制作方法

文档序号:8201864阅读:279来源:国知局
专利名称:用于低温离子注入的方法和系统的制作方法
技术领域
本发明涉及半导体集成电路的制造。
背景技术
非本征半导体依靠掺杂剂来提供所需要的载流子密度。包括两个主要步骤掺杂剂注入和掺杂剂活化。在传统的CMOS制造过程中,离子束将掺杂剂注入到晶片中。离子的注入导致对目标晶体结构的损坏,这通常是有害的。例如,已经确定的是,在高温下对硅进行离子注入会导致晶格缺陷。序号为5, 087, 576的美国专利建议,当硅在高温下进行离子注入时,通过注入的离子给予了晶格充分的能量以使得单个点缺陷以自身调整处于较低的能量配置。这些配置包括平面(叠层故障)和线(泄露或环路)缺陷,稍微更经常形成线缺陷。这些缺陷对任何由该材料形成的器件的运行都是有损害的。 序号为5, 087, 576的美国专利描述了当目标在较低温度下时进行离子注入,特定温度为液氮的沸点(77° K. , _196°C)的量级。在这样的情况下,离子的注入轰击造成了目标晶体中的非晶区,即其中没有特定的晶体结构。在低温注入之后进行退火激励注入区——即由轰击离子穿透的深度表示的层——以再结晶在一个层中,类似于外延生长区,给这种技术命名为"固相外延"。 低温注入(如-196°C )的另一个结果是自退火的抑制,这在一些工艺中更可能是需要的。在一些处方(方法)中,在适于保持晶体接近-19(TC的离子注入高真空室中,将掺杂剂注入到晶体材料中。在离子注入步骤期间,可以避免高移动晶体成分的扩散。
图1示出了传统的注入设备100。设备100具有晶片传送室102,其保持晶片处于密封真空环境中。多个真空进样室104可连接到晶片传送室102。真空进样室104可以通到大气压力。真空进样室104配置为从四装载端口大气传送组件114或其他机器设备处接收晶片105。然后真空进样室104被密封并抽成真空。然后晶片105可以从真空进样室104转移到晶片传送室102,且不会中断晶片传送室102中的真空或工艺流程。晶片105从晶片传送室102转移到工艺室112的工艺冷却板106。工艺冷却板106通过由冷却线116中提供的制冷剂被第一压縮机118冷却,可选择地,第二压縮机120用于冷却到较低的温度。工艺室112具有扫描电机108,其为注入工艺步骤产生离子束110。
图2为进行低温注入步骤的传统工艺的流程图。
在步骤200,晶片被置于真空进样室104内。抽成真空。
在步骤202,晶片被移到传送室102内。 在步骤204,晶片105从晶片传送室102被转移到工艺室112的冷却板106。晶片105在注入设备100的工艺室112中的工艺冷却板106上被冷却。在步骤206,在大约15-20秒冷却延迟之后,晶片准备在工艺室112中进行注入。
工艺冷却板106上的冷却时间可以为大约15-20秒,达到大约-19(TC的液氮(LN2)温度,其对于每个注入步骤增加了 15-20秒的空置时间。这对于注入设备100的产能基本上具有负面影B向,因为它的工作循环减少了。典型的注入步骤持续大约60秒,所以具有20秒延迟的可达到的最佳的工作循环为75%。

发明内容
在一些实施例中,一种方法,包括在工艺室之外将第一半导体晶片从15t:或以
上的温度预冷却到5t:以下的温度。预冷却的第一晶片在进行预冷却步骤之后被置于工艺室之内。在放置第一晶片之后对第一晶片进行低温离子注入。 在一些实施例中,装置包括晶片传送室,其连接为从真空进样室接收半导体晶片。
晶片传送室配置为将第一半导体晶片从第一温度预冷却到第二温度,其中第一温度至少为
15",第二温度大约等于-27(TC,第二温度小于等于5t:。工艺室配置为从晶片传送室接收预冷却的晶片,并在大于或等于-27(TC并小于或等于5t:的温度对晶片进行离子注入步骤。 在一些实施例中,装置包括真空进样室,其配置为将第一半导体晶片从第一温度预冷却到第二温度,其中第一温度至少为15t:,第二温度大于等于-27(TC,第二温度小于等于5t:。晶片传送室与真空进样室连接,以从其中接收预冷却的晶片而不将晶片暴露在周围大气中。工艺室配置为从晶片传送室接收预冷却的晶片,在大于等于-27(TC并小于等于5°C的温度对晶片进行离子注入步骤。


图1为传统装置的原理示意图。 图2为使用图1的装置进行的方法流程图。 图3为示例装置的原理示意图。 图4为使用图3的装置进行的方法流程图。 图5为图3的装置的变型的原理示意图。 图6为使用图5的装置进行的方法流程图。 图7为图6的方法的变型的流程图。
具体实施例方式
示例的实施例的描述是要结合参考附图进行阅读,附图视作说明书整体的一部分。涉及"连接物"、"连接关系"等等的术语,如"连接的"和"互连的"是指一种连接关系,其中,结构直接或通过中间结构间接被相互固定或彼此连接,以及活动的或固定的连接物或连接关系,除非另外进行描述。 图3为第一示例装置300的原理示意图。设备300具有晶片传送室302,其在密封的真空环境中保持晶片。多个真空进样室304可连接到晶片传送室302。真空进样室304能够通到大气压力。真空进样室304配置为从四装载端口的大气传送组件314或其他机器设备接收晶片305。然后真空进样室304被密封关闭并被抽为真空。然后晶片305能够从真空进样室304转移到晶片传送室302,且不影响晶片传送室302中的真空或工艺流程。
晶片传送室302连接为从真空进样室304接收半导体晶片305,并配置为将第一半导体晶片从第一温度预冷却到用于注入的第二温度。在一些实施例中,第一温度至少为
515°C ,第二温度大于等于_270°C ,第二温度小于等于5°C 。在一些实施例中,晶片传送室302在传送室内具有冷却台330。冷却台330具有用于保持晶片305的表面。冷却剂通过晶片台内的管道,或通过与晶片305相对的冷却台330的背面上的管道(如管线)循环。
在一些实施例中,共用的冷却剂源318将冷却剂提供到晶片传送室302的冷却台330,以及在工艺室312内保持和冷却晶片305的工艺冷却板306。例如,冷却剂可以为低温流体,如选自液体氢(20K, -253C.),液体氦(3K, -270C.),液体氮(77K, -196C.),液体氧(88K, -185C.)。从而,冷却台330和冷却板306可以被冷却至选自这些温度中的温度。可选择地,冷却的,非低温冷却剂可以用于提供大约-50C. 、0C.或5C.的温度。根据冷却台的配置,以及其中的材料的导热率,晶片温度可以高于冷却剂温度2到10度。
—个或多个压縮机318、320被提供为将冷却剂冷却到需要的温度。合适的管道316a、316b将冷却剂从压縮机传输到冷却板306和冷却台330。虽然图3示出了冷却剂首先通过管道316a到达冷却板306,然后通过管道316b到达冷却台330的路径,但是在其他的实施例中,冷却剂首先到达冷却台330然后到达冷却板306。在其他的实施例中,提供了冷却剂并行到达冷却板306和冷却台330,然后并行返回的路径。 在一些实施例中,共用的温度控制器340控制冷却台330的温度和冷却板306的温度。如果单一的冷却剂以单一的温度提供到冷却台330和冷却板306,那么冷却台330和冷却板306的温度能够通过改变流到每个的工作循环来调整。 温度控制器可以采用多种方法中的一个来控制冷却。例如,冷却剂传递可以在冷却台330的温度上升到定点之上时开始循环,并在温度下降到该定点之下时切断。可以增加滞后现象(例如,通过包括控制器中的施密特触发器)以使温度小量改变,这样冷却剂传递不会连续的循环开始和切断。基本上,冷却剂传递在温度上升到第一温度之上时开始,当温度下降到第二温度之下时切断。例如,使用液氮(-196C.)作为冷却剂,冷却剂传递可以当冷却台330的温度达到-190C.时开始,当温度达到-194C.时切断。
工艺室312配置为从晶片传送室接收预冷却的晶片,并以-27(TC到5t:之间的温度在晶片上进行离子注入步骤。使用具有用于在离子注入期间保持低温的工艺冷却板的装配适合的工艺室能够达到这一点。因为离子束为晶片305增加了能量,所以晶片305在注入期间持续被冷却以维持低温。能够将晶片冷却到离子注入用低温的任何工艺室都可以用于图3的工艺,其传递预冷却状态下的晶片。 晶片305从晶片传送室302转移到工艺室312的工艺冷却板306。工艺冷却板306通过冷却线316中通过第一压縮机318,可选的第二压縮机320,提供的制冷剂而冷却,以冷却到较低的温度。工艺室312具有扫描电机308,其为注入工艺步骤产生离子束310。
图4为使用图3的装置300的方法流程图。 在步骤400,晶片305置于真空进样室304之一。冷却气体可以选择地供给真空进样室304,以在将晶片305转移到晶片传送室302内之前降低晶片305的温度。真空进样室304被密封,大气(或可选择的冷却气体,如果使用)被抽出真空进样室。
在步骤402,真空进样室304和晶片传送室302之间的端口打开,晶片305转移到
晶片传送室。 在步骤404,晶片305在工艺室之外的冷却台330上被预冷却。优选地,晶片305被预冷却到离子注入将发生的温度。在进行预冷却步骤期间,在前的晶片被转移到工艺室312中的位置或工艺冷却板306,进行离子注入。从而,并行进行两个步骤。
在步骤406,预冷却的晶片305从晶片传送室302被转移到工艺室的冷却板406。
在步骤408,进行低温离子注入步骤,同时下一个随后的晶片准备在冷却台330被预冷却。从而,装置300能够在晶片305被置于工艺冷却板306上之后的第一时间周期之内开始离子注入步骤,第一时间周期短于第二时间周期(如15-20秒),这时工艺冷却板能够将半导体晶片从大约15t:或以上的温度冷却到-27(TC到5t:之间。从而改善了工艺室312的工作循环。在注入步骤之间仅有的延迟是从工艺室312的工艺冷却板306移除第一晶片305,以及将第二晶片转移到工艺冷却板306所使用的时间量,而不是在注入步骤之间等待15-20秒(在晶片冷却时)。这个时间间隔大大小于晶片305的预冷却的15-20秒延迟,可以仅仅是几秒或更少。 图5为另一个装置500的原理示意图,具有如下所述的不同的传送室502和真空进样室504。然而图3的例子提供了在传送室内的预冷却,预冷却也可以发生在传送室之外。图5与图3中相同或类似的部件使用具有相同的至少两个有效数字指示,大多数有效数字增加了 200。这些部件包括晶片505、工艺冷却板506、扫描电机508、离子束510、工艺室512、四端口大气传送组件514、压縮机_1518、压縮机-2520和温度控制器540。
晶片传送室502不需要在其中包括冷却板(但是任选地可以包括一个)。真空进样室504配置为具有冷却板503以将半导体晶片505从15。C或以上的温度预冷却到需要的介于_2701:到5t:之间的注入温度。晶片传送室512连接到真空进样室504以从真空进样室504接收预冷却的晶片505,不将晶片暴露到周围的大气中。在图3的情况中,工艺室512配置为从晶片传送室502接收预冷却的晶片505以在_2701:到5。C之间的温度在晶片上进行离子注入步骤。 序号为6,375,746的美国专利描述了一种水冷却真空进样室,其用于在反应器(工艺室)中进行高温工艺之后冷却单一的水,以降低晶片的温度以使晶片安全返回到会被高温晶片损坏的晶片盒中。类似的冷却结构可以应用在当前的真空进样室504的冷却台503中,使用选自液体氢、液体氦、液体氮、液体氧、液体甲烷、液体一氧化二氮的可选择的冷却剂,以在注入之前预冷却晶片。可选择地,如序号为5, 512, 320的美国专利中描述的批冷却真空进样室可以被改进以使用包括这些低温冷却剂之一。因此,6, 375, 746和5, 512, 320的美国专利的教导被合并作为参考。因为这些专利中的真空进样室描述为用于在处理之后将晶片从处理温度(30(TC到45(TC )冷却到周围的温度,本领域技术人员能够很容易做出适合的材料和元件的替代,在零下温度用于图5的真空进样室504。可选择地,可以使用具有冷却能力的其他商业上可用的,具有适合用于零下温度的类似的材料和元件的替代的真空进样室。 如图5所示,在温度控制器540的共用控制下,可以任选地使用独立的压縮机用于真空进样室504。这可以提供更大的灵活性,因为真空进样室504可以从晶片传送室502的端口移走。可选择地,可以增加冷却剂线连接工艺冷却板506和真空进样室504以将冷却剂提供到真空进样室504。可选择地,可以增加附加的并行线直接连接压縮机-1518和真空进样室504。 图6为使用图5的装置的方法的流程图。 在步骤600,晶片505置于真空进样室504之一。真空进样室504被密封,并被抽成真空。 在步骤602,在工艺室512的外部,晶片305在真空进样室504中被预冷却。优选地,晶片505被预冷却到离子注入将要发生的温度。在进行预冷却步骤期间,在前的晶片被转移到工艺室512中的位置或工艺冷却板506上,进行离子注入。从而,并行进行两个步骤。
在步骤604,真空进样室504和晶片传送室之间的端口打开,晶片505被转移到晶片传送室。 在步骤606,预冷却的晶片505从晶片传送室502被转移到工艺室的冷却板506。
在步骤608,进行低温离子注入步骤,同时下一个随后的晶片准备在真空进样室504中被预冷却。从而,装置500能够在晶片505被置于工艺冷却板506上之后的第一时间周期内开始离子注入步骤,其中第一时间周期短于第二时间周期(例如,15-20秒),其中工艺冷却板506能够将半导体晶片从15t:或以上的温度冷却到介于-27(TC到5"C之间的温度。从而改善了工艺室512的循环周期。代替注入步骤之间等待15-20秒(在晶片冷却时),注入步骤之间的仅有的延迟在于从工艺室512的工艺冷却板506移除第一晶片505,并将第二晶片转移到工艺冷却板506上所用的时间量。该时间间隔基本小于预冷却晶片505的15-20秒的延迟,可以仅仅是几秒。 图7为使用图5的装置或具有气体冷却真空进样室的类似装置的另一个示例性的方法的流程图。 在步骤700,晶片505被置于真空进样室504之一内。真空进样室504被密封。
在步骤702,在工艺室512之外,晶片505在真空进样室504中被预冷却。优选地,晶片505被预冷却到离子注入将要发生的温度。在气体冷却真空进样室的情况下,冷却气体被提供到真空进样室中,其可以为冷却的空气或低温冷却的气体。因为气体的热容低于液体,所以冷却气体在时间周期内可以持续通过真空进样室抽出,代替仅仅将真空进样室填充气体量并关闭真空进样室。 在步骤703,真空进样室504被密封,冷却气体被抽出。 在步骤702和703中进行预冷却步骤的时间,在前的晶片被转移到工艺室512中
的位置或工艺冷却板506上,准备进行离子注入。因此,两个步骤是并行完成的。 在步骤704,真空进样室504和晶片传送室502之间的端口被打开,晶片505被转
移到晶片传送室。 在步骤706,预冷却的晶片505从晶片传送室502被转移到工艺室的冷却板506。
在步骤708,进行低温离子注入步骤,同时下一个随后的晶片已经在真空进样室502中被预冷却。这与上述的步骤608相同。 虽然本发明已经根据示例性的实施例进行了描述,但是并不限制于此。当然,附加的权利要求应当被宽泛地解释,以包括本领域技术人员在不偏离本发明的界限和等同范围下做出的本发明的其他变型和实施例。
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权利要求
一种方法,包括以下步骤(a)在工艺室之外将第一半导体晶片从15℃或以上的温度预冷却到5℃以下的温度;(b)在步骤(a)之后将所述预冷却的第一晶片置于所述工艺室之内;以及(c)在步骤(b)之后在所述第一晶片上进行低温离子注入。
2. 根据权利要求l所述的方法,其中在进行步骤(a)的同时,第二晶片在所述工艺室中 进行离子注入,所述方法还包括在所述第二晶片经历离子注入之后从工艺冷却板上移除所述第二晶片;以及 将所述第一晶片加载到所述工艺冷却板上,其中步骤(b)的结束和步骤(c)的开始之间的时间间隔小于步骤(a)的持续时间。
3. 根据权利要求l所述的方法,其中步骤(a)包括在真空进样室中进行预冷却步骤, 其中步骤(a)在将所述第一晶片置于晶片传送室之前进行。
4. 根据权利要求3所述的方法,其中步骤(a)包括 将所述第一晶片置于所述真空进样室中;将冷却气体供给到所述真空进样室中以冷却所述第一晶片;以及 从所述真空进样室中抽出所述冷却气体。
5. 根据权利要求l所述的方法,其中步骤(a)包括在靠近工艺室的晶片传送室中进行 预冷却步骤。
6. 根据权利要求5所述的方法,其中步骤(a)包括使用-162t:或更低温度的冷却剂预 冷却所述第一晶片。
7. 根据权利要求1所述的方法,其中步骤(a)包括使用_1961:或更低的温度的冷却剂 预冷却所述第一晶片。
8. 根据权利要求l所述的方法,其中步骤(a)包括使用选自液体氢、液体氦、液体氮、液 体氧、液体甲烷和液体一氧化二氮的冷却剂预冷却所述晶片。
9. 一种装置,包括真空进样室,其配置为将第一半导体晶片从第一温度预冷却到第二温度,其中所述第 一温度为大约15",第二温度大于等于-27(TC,第二温度小于等于5t:;晶片传送室,其连接到所述真空进样室以从其中接收预冷却的晶片而不将所述晶片暴 露在周围大气中;工艺室,其配置为从所述晶片传送室接收所述预冷却的晶片,并在大于等于-27(TC并小于等于5t:的温度在所述晶片上进行离子注入步骤。
10. 根据权利要求9所述的装置,其中,冷却所述真空进样室的晶片台的冷却剂选自液 体氢、液体氦、液体氮、液体氧、液体甲烷和液体一氧化二氮的组。
11. 根据权利要求9所述的装置,其中,所述工艺室具有工艺冷却板,所述装置能够在 晶片被置于所述工艺冷却板上之后在第一时间周期内开始所述离子注入步骤,所述第一时 间周期短于第二时间周期,在所述第二时间周期中,所述工艺冷却板能够将半导体晶片从15t:或以上的温度冷却到大于等于-27(rc并小于等于5t:的温度。
12. 根据权利要求9所述的装置,还包括温度控制器,其控制所述真空进样室和将所述 晶片保持在所述工艺室中的冷却板的温度。
13. —种装置,包括晶片传送室,其连接为从真空进样室接收半导体晶片,并配置为将第一半导体晶片从第一温度预冷却到第二温度,其中所述第一温度至少为15t:,所述第二温度大于等于-27(TC,所述第二温度小于等于5t:;工艺室,其配置为从所述晶片传送室接收所述预冷却的晶片,并在大于等于-27(TC并 小于等于5t:的温度在所述晶片上进行离子注入步骤。
14. 根据权利要求13所述的装置,其中所述晶片传送室具有在所述晶片传送室内部的 冷却台,所述装置还包括共用冷却剂源,其将冷却剂提供到所述晶片传送室的冷却台和在所述工艺室内保持和 冷却所述晶片的冷却板;以及温度控制器,其控制所述冷却台和所述冷却板的温度。
15. 根据权利要求13所述的装置,其中所述工艺室具有工艺冷却板,所述装置能够在 所述晶片被置于所述工艺冷却板上之后在第一时间周期内开始所述离子注入步骤,所述第 一时间周期短于第二时间周期,在所述第二时间周期中所述工艺冷却板能够将半导体晶片 从15t:或以上的温度冷却到大于等于-27(TC并小于等于5t:的温度。
全文摘要
一种方法,包括在工艺室之外将第一半导体晶片从15℃或以上的温度预冷却到5℃以下的温度。该预冷却的第一晶片在进行预冷却步骤之后被置于工艺室之内。在放置第一晶片之后在第一晶片上进行低温离子注入。
文档编号C30B31/22GK101781797SQ20091016239
公开日2010年7月21日 申请日期2009年8月13日 优先权日2009年1月16日
发明者吴欣贤, 张钧琳, 魏正泉 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司
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