專利名稱：在離子注入工藝中通過引入氣體而減輕污染和改變表面特性的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及通常用于半導(dǎo)體裝置制作的離子注入，更具體而言 涉及在離子注入過程中通過引入氣體而減輕污染和/或改變目標(biāo)裝置的表
面特性。
背景技術(shù)：
離子注入是通常采用于半導(dǎo)體裝置制造的物理工藝，用以將摻雜劑 選擇性地注入半導(dǎo)體和/或晶片材料中。因此，注入的動(dòng)作和摻雜劑與半 導(dǎo)體材料之間的化學(xué)作用并不相關(guān)。對(duì)于離子注入，摻雜劑原子/分子被 電離、加速、形成離子束、分析、掃過晶片上或者該晶片通過該離子束 被掃過。摻雜劑離子物理上撞擊晶片，進(jìn)入表面并且停止在表面下方， 摻雜劑離子在表面下方的深度和摻雜劑離子的能量有關(guān)。
離子注入系統(tǒng)為精密子系統(tǒng)的集合，每個(gè)子系統(tǒng)對(duì)摻雜劑離子實(shí)施 特定動(dòng)作。氣體或固體形式的摻雜劑元素置于電離室的內(nèi)部，并且被合 適的電離工藝電離。在一個(gè)示例性工藝中，電離室維持在低壓狀態(tài)(真 空)。燈絲置于該電離室內(nèi)，并且被加熱至從該燈絲源產(chǎn)生電子的溫度。 帶負(fù)電的電子被吸引至同樣位于該電離室內(nèi)的相反電性的陽極.在從燈 絲行進(jìn)至陽極過程中，電子碰撞摻雜劑源元素(例如，分子或原子)， 并且從分子中的元素產(chǎn)生大量帶正電的離子。
一般來說，除了所期望的摻雜劑離子之外，還會(huì)產(chǎn)生其它陽離子。 所期望的摻雜劑離子通過稱為分析、質(zhì)量分析、選擇、或是離子分離的工藝從這些離子中選出。選擇是利用質(zhì)量分析器來實(shí)現(xiàn)，該質(zhì)量分析器 形成磁場(chǎng)，來自該電離室的離子移動(dòng)穿過該磁場(chǎng)。離子以相對(duì)高的速度 離開該電離室并且會(huì)被該磁場(chǎng)彎折成弧線?；【€的半徑由各個(gè)離子的質(zhì) 量、速度、以及該磁場(chǎng)的強(qiáng)度來決定。該分析器的出口僅允許一種粒子 種類，即所期望的摻雜劑離子，離開該質(zhì)量分析器。
加速系統(tǒng)用來將所期望的摻雜劑離子加速或減速至預(yù)設(shè)動(dòng)量(例如， 摻雜劑離子的質(zhì)量乘以其速度)，以便穿入晶片表面。對(duì)加速來說，該 系統(tǒng)通常具有線性設(shè)計(jì)，沿系統(tǒng)的軸具有環(huán)狀供電電極。摻雜劑離子進(jìn) 入該系統(tǒng)中時(shí)，被加速通過。
端站(end station )固定一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)晶片，源自該加速系統(tǒng)的離 子束將一種或多種摻雜劑注入該目標(biāo)晶片之中。當(dāng)離子束撞擊該目標(biāo)晶 片時(shí)，端站可工作以依據(jù)規(guī)定的離子注入工藝沿一個(gè)或兩個(gè)維度移動(dòng)或 掃描該 一 個(gè)或多個(gè)目標(biāo)晶片，以便實(shí)現(xiàn)所期望的目標(biāo)晶片覆蓋率以及劑 量數(shù)。
在該離子注入工藝中會(huì)發(fā)生的一個(gè)問題為，不必要的原子或分子污 染粒子被引入該離子束中。這些污染粒子會(huì)在該系統(tǒng)的各級(jí)，例如在質(zhì) 量分析子系統(tǒng)、加速電極和/或端站，被引入該離子束中。這些粒子會(huì)不 期望地注入到或沉積在一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)晶片上，導(dǎo)致形成于目標(biāo)晶片上 的裝置的退化或失效。

發(fā)明內(nèi)容
下文將對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)單概述，以便能夠?qū)Ρ景l(fā)明的一個(gè)或 多個(gè)方面產(chǎn)生基本了解。該概述部分未廣泛地論述本發(fā)明，而且其目的 不在于確認(rèn)本發(fā)明的關(guān)鍵或重要元素，或是描繪本發(fā)明的范疇。更確切 地說，本發(fā)明內(nèi)容的主要目的在于以簡(jiǎn)單的形式來提出本發(fā)明的特定概 念，用以作為稍后提出的更詳細(xì)說明的前文。
本發(fā)明揭示在離子注入工藝中通過引入大氣氣體或反應(yīng)氣體而減輕 污染和/或改變表面特性的方法和系統(tǒng)。本發(fā)明已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這些引入的氣 體能夠通過一種或更多機(jī)制防止或減輕污染物被注入目標(biāo)裝置例如硅晶 片中。理論上雖然不受限制，不過，本發(fā)明假設(shè)這些機(jī)制的其中之一為 由該反應(yīng)氣體形成的氣態(tài)揮發(fā)性化合物，它們會(huì)與目標(biāo)表面的污染物反應(yīng)，從而便可接著通過例如深冷泵(cryogenic pump)或渦輪分子泵 (turbo-molecular pump)來移除揮發(fā)性化合物。另一機(jī)制則涉及在離子 注入期間因?yàn)榇嬖谟性摲磻?yīng)氣體而形成表面層例如鈍化層。該表面層減 輕或防止污染物注入該裝置的下層中。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面， 一種用于離子注入工藝的污染減輕系統(tǒng)包 含處理室，其具有氣體源/供應(yīng)器、控制器、以及與其耦合的閥。該氣體 源例如增壓氣缸通過閥將反應(yīng)氣體傳送至該處理室，該閥通過該控制器 而選擇性地操作。該閥設(shè)置在該處理室上或附近，并且以可控制的方式 來調(diào)整被傳送至該處理室的氣體的流速和/或組成。該處理室固定目標(biāo)裝 置例如目標(biāo)晶片，以便使氣體與該離子束或該晶片表面進(jìn)行反應(yīng)而減輕 該目標(biāo)晶片的污染。在一個(gè)實(shí)施例中，該控制器能夠根據(jù)存在于該離子 束內(nèi)或該裝置或目標(biāo)表面上的受監(jiān)視的污染物來選擇與調(diào)整該反應(yīng)氣體 的組成以及流速。本發(fā)明還揭示其它系統(tǒng)、方法以及探測(cè)器。
為實(shí)現(xiàn)前面以及相關(guān)目的，本發(fā)明包括下文完整說明以及權(quán)利要求 中特別提出的所有特征。下文說明以及附圖詳細(xì)提出本發(fā)明的特定解釋 性方面以及實(shí)施方式。不過，這些僅代表可采用本發(fā)明原理的各種方式 中的其中數(shù)種。結(jié)合附圖來閱讀本發(fā)明下文中的詳細(xì)說明時(shí)，將會(huì)更明 白本發(fā)明的其它目的、優(yōu)點(diǎn)及新穎特征。


圖1為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)方面的離子注入系統(tǒng)的框圖。 圖2為根據(jù)本發(fā)明一方面的離子注入工藝修正系統(tǒng)的框圖。 圖3為描述根據(jù)本發(fā)明一方面在離子注入工藝中的處理室內(nèi)部的框
圖，其中引入反應(yīng)氣體以減輕污染。
圖4為根據(jù)本發(fā)明一方面的離子注入工藝修正系統(tǒng)的示意圖。
圖5為示出根據(jù)本發(fā)明一方面在離子注入期間減輕因污染物造成的
目標(biāo)裝置的污染的方法的流程圖。
圖6為示出根據(jù)本發(fā)明一方面在離子注入期間在處理室內(nèi)引入反應(yīng)
氣體并測(cè)量氣體，以在離子注入期間減輕因污染物造成的目標(biāo)裝置的污
染的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參考附圖來描述本發(fā)明，其中所有附圖中使用相同的參考符 號(hào)表示相同組件。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)明白，本發(fā)明并不僅限于下文所 示與所述的示意性實(shí)施例與方面。
隨著半導(dǎo)體裝置例如亞微米CMOS結(jié)構(gòu)越來越小，改變半導(dǎo)體裝置 的電學(xué)有源區(qū)所需要的離子注入工藝也變得越來越淺，并且更容易受到 半導(dǎo)體裝置的表面與近表面區(qū)中的材料特性的影響。此外，半導(dǎo)體裝置 會(huì)更容易受到來自在離子注入工藝中存在的已濺射材料與已吸附氣體的 表面污染的影響，尤其是有源裝置區(qū)域內(nèi)的污染物濃度與分布的影響。 污染物或粒子可利用離子束來注入，并且對(duì)已形成的結(jié)構(gòu)和/或裝置的擴(kuò) 散及其它特性造成負(fù)面影響。因此，例如，此污染會(huì)導(dǎo)致所制作的半導(dǎo) 體裝置具有不期望以及變動(dòng)的裝置參數(shù)。
在離子注入期間，粒子或原子污染物，下文也稱為離子束污染物， 可能會(huì)起因于各種來源。例如，離子注入系統(tǒng)內(nèi)的孔隙(aperture)和其 它表面會(huì)產(chǎn)生碳。通常，離子束撞擊碳基表面例如石墨時(shí)會(huì)產(chǎn)生碳粒子， 其中石墨為離子注入系統(tǒng)內(nèi)常用的材料。此外，濺射工藝及其它沉積機(jī) 制會(huì)釋放出不必要的碳粒子。此外，通常作為用于離子注入的掩模的光 致抗蝕劑材料通常含有碳，碳會(huì)在離子注入期間釋放。本文中雖然以碳 作為粒子或污染物類型的示例，不過，本發(fā)明也涵蓋因其它材料或者其 它類型的粒子或污染物所引起的污染。
本發(fā)明的方面在離子注入中減輕污染，其是通過引入會(huì)與污染物或 粒子反應(yīng)的反應(yīng)氣體，例如大氣氣體、含氧氣體、水蒸氣等，用以降低 污染。此外，該反應(yīng)氣體還能夠用來改變由先前工藝決定的目標(biāo)性質(zhì)或 特性。
首先參考圖1，圖中以框圖的形式繪出適合用來實(shí)施本發(fā)明一個(gè)或多 個(gè)方面的離子注入系統(tǒng)100。系統(tǒng)100包含離子源102，用于沿著離子束 路徑產(chǎn)生離子束104。例如，離子束源102包含具有相關(guān)電源108的等離 子體源106。例如，等離子體源106可包括相對(duì)長(zhǎng)的等離子體約束室，從 該等離子體約束室中可抽出離子束。
在離子源102的下游提供束線組件110，用以從離子源102接收離子 束104。束線組件110包括質(zhì)量分析器112及加速結(jié)構(gòu)114，加速結(jié)構(gòu)114例如可包含一個(gè)或多個(gè)間隙。束線組件110沿路徑布置以接收離子束104。 質(zhì)量分析器112包含磁場(chǎng)產(chǎn)生部件例如磁鐵(未示出)，并工作以提供 跨過該束路徑的磁場(chǎng)，從而根據(jù)質(zhì)量(例如，荷質(zhì)比)將來自離子束104 的離子偏離在不同的軌道。移動(dòng)穿過磁場(chǎng)的離子受到力，該力沿著離子 束路徑導(dǎo)引具有期望質(zhì)量的各個(gè)離子并且使具有非期望質(zhì)量的離子偏離 該離子束路徑。
加速結(jié)構(gòu)114內(nèi)的加速間隙可工作以加速和/或減速束內(nèi)的離子，以 在工件中獲得期望的注入深度。據(jù)此，應(yīng)該理解，本文中在說明本發(fā)明 的一個(gè)或多個(gè)方面時(shí)雖然可能用到加速器和/或加速間隙等詞語，不過這 些詞語并不期望被狹隘地僅被視為受限于加速的字面意義；相反地，除 此之外，還應(yīng)廣義地將它們視為包含減速以及方向變化在內(nèi)。將進(jìn)一步 理解，在質(zhì)量分析器112進(jìn)行磁場(chǎng)分析之前以及之后還可使用加速/減速 構(gòu)件。
在系統(tǒng)100中還提供端站118給來自束線組件110的離子束104。端 站118在處理室內(nèi)且沿著該離子束路徑來支撐一個(gè)或多個(gè)工件例如半導(dǎo) 體晶片(未示出)，用于使用經(jīng)過質(zhì)量分析的離子束104進(jìn)行注入。端 站118包含目標(biāo)掃描系統(tǒng)120，用于以相對(duì)于彼此的方式來平移或掃描一 個(gè)或多個(gè)目標(biāo)工件以及離子束104。例如，在給定環(huán)境、操作參數(shù)和/或 目的下，目標(biāo)掃描系統(tǒng)120可視需要用于批次式或序列式注入。
粒子或原子污染物會(huì)在離子注入期間進(jìn)入離子束104，倘若被注入的 話，會(huì)破壞或損及形成于一個(gè)或多個(gè)工件上的半導(dǎo)體裝置的操作。粒子 或原子污染物起因于離子注入期間的各種來源。例如，加速結(jié)構(gòu)114內(nèi) 的孔隙和其它表面會(huì)產(chǎn)生碳。通常，離子束撞擊碳基表面例如石墨會(huì)產(chǎn) 生碳粒子，其中石墨為離子注入系統(tǒng)中常用材料。此外，濺射工藝以及 其它沉積機(jī)制也會(huì)釋放出不必要的碳粒子。此外，通常作為用于離子注 入的掩模的光致抗蝕劑材料通常含有碳，碳于是在離子注入期間釋放。 本文中雖然以碳作為粒子或污染物類型的示例，不過，本發(fā)明也涵蓋因 其它材料或者其它類型的粒子或污染物所引起的污染。
氣體導(dǎo)入系統(tǒng)122還包含在端站118中，并導(dǎo)入例如反應(yīng)氣體或大 氣氣體的氣體，以便在離子注入期間減輕一個(gè)或多個(gè)工件的污染。氣體 會(huì)與離子束104內(nèi)的污染物或粒子反應(yīng)，以便降低污染。氣體能夠通過多種機(jī)制與污染物反應(yīng)，以降低工件的污染并且從離子束104中移除粒 子或原子污染物。
在一種機(jī)制中，該氣體通過與離子束104反應(yīng)而在形成于一個(gè)或多 個(gè)工件上的目標(biāo)半導(dǎo)體裝置的頂表面上形成鈍化層。鈍化層104能夠減
例如^鈍化層可由氧化物、^化物等組成，并且可由離子束增強(qiáng)形成工 藝來構(gòu)成。形成鈍化層的工藝借助于離子注入以及反應(yīng)氣體的存在。例 如，離子束破壞硅的至少部分表面鍵，這提高硅形成氧化物的可能性。 接著，通過在該離子注入期間供應(yīng)含氧或含水蒸氣的氣體，氧化物便更 容易形成為鈍化層。接著，鈍化層便可充當(dāng)擴(kuò)散阻擋，以在后面的制造 步驟中減輕擴(kuò)散。
降低污染的另一機(jī)制是采用氣體來消耗可能會(huì)被吸附在表面上并被 離子束驅(qū)使進(jìn)入材料中的污染物，例如碳。該氣體或該氣體內(nèi)的成份能 夠與污染物反應(yīng)，并且形成不會(huì)被注入和/或可被掃除的化合物。例如， 形成揮發(fā)性化合物或氣態(tài)化合物，例如CO，便可利用高真空系統(tǒng)來輕易 地抽離或移除。這降低或移除可能被驅(qū)使進(jìn)入多個(gè)目標(biāo)半導(dǎo)體裝置中的 污染物或粒子。
首先參考圖2，圖中描述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的離子注入工藝修正系 統(tǒng)200。系統(tǒng)200修正目前離子注入工藝，其通過在離子注入工藝中引入 大氣和/或反應(yīng)氣體來改變及控制因離子注入工藝造成的材料性質(zhì)。例如， 系統(tǒng)200可配合單晶片式離子注入系統(tǒng)來使用、配合批次式離子注入系 統(tǒng)來使用、配合等離子體沉浸式離子注入系統(tǒng)來使用、以及配合類似的 離子注入系統(tǒng)來使用。
系統(tǒng)200包含氣體源/供應(yīng)器202、控制器204、氣體分析器206、 可控制閥210、以及處理室。氣體源/供應(yīng)器202為以可控制方式通過可 控制閥210將氣體例如大氣或反應(yīng)氣體傳送至處理室212的機(jī)制。該氣 體由一種或多種單獨(dú)的大氣和/或反應(yīng)氣體所組成。在一個(gè)示例中，氣體 源/供應(yīng)器202由一個(gè)或多個(gè)氣缸、蒸發(fā)或升華系統(tǒng)、和/或大氣入口 (未 示出)組成。該氣缸含有反應(yīng)氣體或蒸氣，其壓力足夠高以通過可控制 閥210提供必要的氣流給處理室212。該蒸發(fā)系統(tǒng)由水或任何其它液體或 固體材料組成，以產(chǎn)生反應(yīng)氣體蒸氣。在另一示例中，氣體源/供應(yīng)器202包括源貯存器，其含有液體或固體形式的反應(yīng)材料，該反應(yīng)材料能夠在
足以提供該氣體的壓力下被蒸發(fā)或升華。閥210包括一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)閥， 用以選擇最后被送至該處理室的反應(yīng)氣體的流速以及組成。閥210受控 于控制器204,控制器204調(diào)整該反應(yīng)氣體的流速以及組成，以利于移除 污染物或粒子并且減輕處理室212內(nèi)目標(biāo)半導(dǎo)體裝置(未示出)的污染。
處理室212為離子注入系統(tǒng)中端站的一部分，該離子注入系統(tǒng)可以 是單晶片式和/或批次式離子注入系統(tǒng)。處理室212固定或支撐一個(gè)或多 個(gè)目標(biāo)裝置例如目標(biāo)晶片，用以進(jìn)行離子注入。產(chǎn)生作為該離子注入系 統(tǒng)的一部分的該離子束進(jìn)入處理室212中，并將離子束內(nèi)的摻雜劑注入 目標(biāo)裝置。如上所述， 一般來說，該離子束和/或該處理室包含非期望的 粒子或污染物，其會(huì)導(dǎo)致污染目標(biāo)裝置。
反應(yīng)氣體會(huì)通過閥210進(jìn)入處理室212，并且會(huì)與離子束反應(yīng)而減輕 因粒子或污染物造成的目標(biāo)裝置污染。所采用的反應(yīng)氣體是根據(jù)預(yù)期的 粒子或污染物類型或組成來選擇?？刹捎玫暮线m氣體的特定示例包含大 氣氣體，例如，氧氣、氮?dú)?、水蒸氣等。不過，也可采用其它反應(yīng)氣體。 該氣體能夠通過多種機(jī)制與污染物反應(yīng)以降低污染，例如與污染物結(jié)合 并且變成揮發(fā)性然后再由真空泵來移除，和/或形成表面條件，以防止或 減輕粒子被注入至所形成表面條件的外部或是其附近。
作為合適機(jī)制的一個(gè)示例，該氣體能夠通過與離子束反應(yīng)而在目標(biāo) 半導(dǎo)體裝置的頂表面上形成鈍化層。該鈍化層可通過離子束增強(qiáng)形成工 藝來形成。例如，該離子束內(nèi)的離子或摻雜劑能夠提高表面硅和該反應(yīng) 氣體內(nèi)一種或多種材料反應(yīng)的傾向，從而會(huì)形成該鈍化層。接著，該鈍 化層便能夠充當(dāng)擴(kuò)散阻擋，以在后面的制造步驟中減輕擴(kuò)散并且可減輕 粒子或污染物被注入目標(biāo)裝置中。和先前沉積的材料或污染物的表面反 應(yīng)也可被改變或增強(qiáng)。
降低污染的合適機(jī)制的另 一 示例是采用該反應(yīng)氣體來消耗可能會(huì)被 吸附在表面上以及被離子束驅(qū)使進(jìn)入該材料中的粒子或污染物，例如碳。 該氣體或該氣體內(nèi)的成份能夠與該污染物反應(yīng)，并且形成不會(huì)被注入和/ 或可被掃除的化合物。例如，形成揮發(fā)性化合物或氣態(tài)化合物便可利用 高真空系統(tǒng)來輕易地抽離或移除。這降低或移除可能會(huì)被驅(qū)使進(jìn)入目標(biāo) 半導(dǎo)體裝置中的污染物或粒子。氣體分析器206為殘留氣體分析器，其分析存在于離子注入室212 內(nèi)的背景氣體。氣體分析器206產(chǎn)生反饋或反饋信號(hào)給控制器204，以調(diào) 整或控制反應(yīng)氣體的流速或引入速率和/或反應(yīng)氣體組成，從而利于從離 子束和/或目標(biāo)表面移除污染物或粒子。注意，根據(jù)本發(fā)明的備選方面， 也可省略使用氣體分析器206。
控制器204開始會(huì)根據(jù)工藝條件，例如具體離子注入工藝期間的預(yù) 期污染物組成以及數(shù)量，來設(shè)定反應(yīng)氣體組成以及流速?？刂破?04調(diào) 整氣體源202以供應(yīng)該反應(yīng)氣體，并且調(diào)整閥210以控制該反應(yīng)氣體的 流速和/或組成?？刂破?04接收與分析在離子注入期間由氣體分析器206 產(chǎn)生的反饋，并且判斷是否需要進(jìn)行修正性調(diào)整。接著，控制器204可 實(shí)施利于移除污染物以及減輕污染的該修正性調(diào)整，例如通過調(diào)整該反 應(yīng)氣體組成和/或通過調(diào)整該反應(yīng)氣體的流速，以在處理室212內(nèi)獲得期 望的壓力。
圖3為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面在離子注入工藝中的處理室300的內(nèi)部 的框圖，其中例如反應(yīng)氣體或大氣氣體的氣體被引入以減輕污染。該圖 示進(jìn)一 步說明離子注入期間反應(yīng)氣體與污染物的反應(yīng)，而其目的并非要 將本發(fā)明局限在具體結(jié)構(gòu)或配置。
處理室300包含目標(biāo)裝置支撐結(jié)構(gòu)302,其支撐目標(biāo)晶片304。結(jié)構(gòu) 302可以是用于批次式離子注入系統(tǒng)中的處理盤或是用于單晶片式離子 注入系統(tǒng)的單晶片固定器。目標(biāo)晶片304經(jīng)過離子注入工藝，例如一種 用于注入p型或n型摻雜劑的離子注入工藝，以形成有源區(qū)。目標(biāo)晶片 304可位于多個(gè)制造級(jí)中的其中之一。
氣體入口或閥306以可控制方式將緊鄰處的氣體310供應(yīng)至目標(biāo)晶 片304。氣體310例如大氣或反應(yīng)氣體通常被供應(yīng)至目標(biāo)晶片304的表面 周圍或附近，其中在本示例中是離子束308接觸的目標(biāo)晶片304的表面。 入口 306能夠控制反應(yīng)氣體310的數(shù)量或流速，且在某些方面，控制或 調(diào)整該反應(yīng)氣體的組成。離子束308包括待注入的選定摻雜劑或離子， 而且具有束能量與電流密度，以在目標(biāo)晶片304上獲得期望的注入深度 和/或注入濃度。 一般來說，離子束308或處理室300的周圍部分會(huì)包含 非必要的粒子或原子污染物。氣體310能夠通過多種機(jī)制來減輕目標(biāo)晶 片304的污染。 一種此類機(jī)制為讓氣體310與粒子或污染物結(jié)合以形成化合物，然后再利用真空泵從處理室中移除。另一機(jī)制為通過離子束增
強(qiáng)形成工藝來形成鈍化層，其同樣可減輕目標(biāo)晶片304的污染，且還可 于后面的制造工藝期間促進(jìn)擴(kuò)散。本發(fā)明也可涵蓋采用氣體310來減輕 污染的其它機(jī)制。
圖4為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的離子注入工藝修正系統(tǒng)400的示意圖。 系統(tǒng)400作為示例性用途，并且通過在離子注入工藝中引入大氣和/或反 應(yīng)氣體來改變以及控制因離子注入工藝造成的材料性質(zhì)來修正目前的離 子注入工藝。例如，系統(tǒng)400可配合單晶片式離子注入系統(tǒng)來使用、配 合批次式離子注入系統(tǒng)來使用、配合等離子體沉浸式離子注入系統(tǒng)來使 用、以及配合類似的離子注入系統(tǒng)來使用。
系統(tǒng)400包含氣體源或氣缸404、處理室402、以及室真空泵416。 氣體源或氣缸404是以可控制的方式通過可控制岡408將氣體例如反應(yīng) 或大氣氣體傳送至處理室402的機(jī)制。氣體源例如貯存器或氣缸閥406 用來控制和/或調(diào)整氣體源或氣缸404的運(yùn)作。流動(dòng)機(jī)制418例如特氟隆 (teflon)管線將氣體源閥412與處理室閥408相連，并且也將其與氣體 源閥406相連。
處理室閥408包括一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)閥，用以選擇最后要被送至處理 室的氣體的流速以及組成。閥408由外部控制器(未示出)控制或者以 其它方式凈皮調(diào)整。反應(yīng)室閥408通常設(shè)為用以調(diào)整該氣體的流速和/或組 成，以促進(jìn)移除污染物或粒子和/或減輕處理室402內(nèi)目標(biāo)半導(dǎo)體裝置(未 示出)的污染。
處理室402為離子注入系統(tǒng)中端站的一部分，其中，該離子注入系 統(tǒng)可以是單晶片式和/或批次式離子注入系統(tǒng)。處理室402會(huì)固定或支撐 一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)裝置例如目標(biāo)晶片，用以進(jìn)行離子注入。被產(chǎn)生作為離 子注入系統(tǒng)的一部分的離子束進(jìn)入處理室402，并且將離子束內(nèi)的摻雜劑 注入目標(biāo)裝置。如上所述， 一般來說，該離子束和/或該處理室包含非期 望的粒子或污染物，其會(huì)導(dǎo)致污染目標(biāo)裝置。
室真空泵416通過真空線路420連接至處理室402，并且移除處理室 402中的空氣/氣體，以便達(dá)到選定或期望的大氣壓力以及移除處理室402 中氣體的目的。
氣體通過處理室閥408進(jìn)入處理室402并且與離子束反應(yīng)，以減輕因粒子或原子污染物造成的目標(biāo)裝置的污染。該氣體會(huì)通過多種機(jī)制與 目標(biāo)裝置中或附近的污染物反應(yīng)，以便如上述地降低污染或改變目標(biāo)的 表面。
接著，便可藉由真空線路420通過真空泵416，從處理室中移除處理 室殘留氣體，該處理室殘留氣體可包括非期望的粒子或污染物的至少一 部分。
圖5為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面在離子注入期間通過在目標(biāo)裝置的表面 附近引入氣體例如反應(yīng)或大氣氣體而減輕因污染物造成的目標(biāo)裝置的污 染的方法500的流程圖。方法500可用于單片式和/或批次式離子注入系 統(tǒng)。
將理解，參考本發(fā)明的其它附圖可進(jìn)一步明白方法500及其變化。 此外，方法500及其說明還可用于幫助更好地了解上述的本發(fā)明其它方面。
雖然，為了簡(jiǎn)化解釋的目的，方法500是以序列執(zhí)行的方式來繪制 以及說明，不過，應(yīng)該了解且明白，本發(fā)明并不僅限于圖中所示的順序； 因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的特定方面可以以不同于圖中所示/所述的順序來進(jìn)行和 /或也可以和圖中所示/所述的其它方面同時(shí)進(jìn)行。再者，并非需要圖中所 示的所有特征才能施行根據(jù)本發(fā)明 一方面的方法。
方法500始于區(qū)塊502，其中提供可能包括污染物的離子束。該離子 束通常被提供作為離子注入系統(tǒng)的一部分，該離子注入系統(tǒng)包括離子源、 質(zhì)量分析器以及束線組件。該離子束不期望地包括可能會(huì)破壞和/或變更 目標(biāo)裝置而不與反應(yīng)氣體反應(yīng)的污染物，例如碳污染物。該污染物可能 會(huì)在離子注入系統(tǒng)的各級(jí)被引入該離子束中。該離子束包括在選定能量 具有選定束電流的一個(gè)或多個(gè)選定摻雜劑。
在區(qū)塊504,根據(jù)工藝特性例如預(yù)期污染物來選擇氣體例如大氣或反 應(yīng)氣體的組成與流速。例如，含有氧氣或水蒸氣的氣體組成可適用于預(yù) 期碳污染物。該流速經(jīng)選擇以在處理室內(nèi)獲得期望的壓力并且允許反應(yīng) 氣體與污染物反應(yīng)。
在區(qū)塊506，根據(jù)該選定的組成和/或流速來產(chǎn)生該氣體。在一個(gè)范 例示例中， 一或多個(gè)氣體源和/或貯存器可以是氣缸、蒸發(fā)系統(tǒng)和/或大氣 入口，其包括可能的源氣體。該氣缸含有氣體或蒸氣，其壓力足夠高以通過可控制閥來提供必要的氣流給該處理室。該蒸發(fā)系統(tǒng)由水或任何其 它液體或固體材料組成，以產(chǎn)生反應(yīng)氣體蒸氣?？梢圆捎靡粋€(gè)或多個(gè)閥 以利于選擇組成并且還可用以調(diào)整流速。
該氣體在區(qū)塊508被導(dǎo)向注入目標(biāo)位置?？梢圆捎糜珊线m材料組成 的管道、管線和/或軟管來將該反應(yīng)氣體從氣體源攜載至該處理室。位于 該處理室內(nèi)或是該處理室一部分的入口或閥可#_用來導(dǎo)引位于該目標(biāo)裝 置的注入目標(biāo)位置附近的反應(yīng)氣體，其中該離子束撞擊該目標(biāo)位置。
在區(qū)塊510，該氣體與污染物反應(yīng)和/或減輕該目標(biāo)位置的污染。在 一個(gè)示例中，該氣體結(jié)合污染物并且變成揮發(fā)性。而后，揮發(fā)性化合物 通過抽吸而被移除。在另一示例中，該氣體形成表面條件例如鈍化層， 其會(huì)防止或減輕粒子被注入至所形成的表面條件外部或附近。
圖6為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面在離子注入期間通過在目標(biāo)裝置的表面 附近引入氣體例如反應(yīng)或大氣氣體而減輕因污染物造成的該目標(biāo)裝置的 污染的方法600的流程圖。方法600可采用于單片式和/或批次式離子注 入系統(tǒng)。
應(yīng)理解，參考本發(fā)明的其它附圖可進(jìn)一步明白方法600及其變化。 此外，方法600及其說明還可用于促進(jìn)更好地了解上述本發(fā)明的其它方面。
雖然，為了簡(jiǎn)化解釋的目的，方法600是以序列執(zhí)行的方式來繪制 以及說明，不過應(yīng)了解且明白，本發(fā)明并不僅限于圖中所示的順序；因 為根據(jù)本發(fā)明的特定方面可以以不同于圖中所示/所述的順序來進(jìn)行和/ 或也可以和圖中所示/所述的其它方面同時(shí)進(jìn)行。再者，并非需要圖中所
示的所有特征才能實(shí)施根據(jù)本發(fā)明一方面的方法。
方法600開始于區(qū)塊602，其中提供可能包括污染物的離子束。該離 子束可能包括會(huì)破壞和/或變更目標(biāo)裝置而不與反應(yīng)氣體反應(yīng)的污染物， 例如碳污染物。這些污染物可能會(huì)在提供離子束的離子注入系統(tǒng)的各級(jí) 被引入。該離子束包括選定能量與劑量的一個(gè)或多個(gè)選定摻雜劑。
在區(qū)塊604，根據(jù)工藝特性例如預(yù)期的污染物來選擇初始?xì)怏w組成與 流速。例如，含有氧氣或水蒸氣的氣體組成可適用于預(yù)期的碳污染物。 該流速經(jīng)過選擇，以在該處理室內(nèi)獲得期望的壓力，允許該反應(yīng)氣體與 污染物反應(yīng)，并且移除含有污染物的揮發(fā)性氣體。在區(qū)塊606,根據(jù)該選定的組成和/或流速來產(chǎn)生該氣體。 一個(gè)或多 個(gè)氣體源可以是氣缸、蒸發(fā)系統(tǒng)和/或大氣入口，其包括可能的源氣體。 該氣缸含有反應(yīng)氣體或蒸氣，其壓力足夠高以通過該可控制閥來提供必 要的氣流給該處理室。該蒸發(fā)系統(tǒng)由水或任何其它液體或固體材料組成， 以產(chǎn)生反應(yīng)氣體蒸氣?？梢圆捎?一個(gè)或多個(gè)閥以利于選擇組成并且還可 用以調(diào)整該流速。
該氣體在區(qū)塊608被導(dǎo)向注入目標(biāo)位置處。可以采用由合適材料組 成的管道、管線和/或軟管來將該氣體從氣體源攜載至該處理室。位于該 處理室內(nèi)或是該處理室一部分的入口或閥可被用來導(dǎo)引位于該目標(biāo)裝置 的注入目標(biāo)位置附近的氣體，其中該離子束會(huì)撞擊該目標(biāo)位置。
在區(qū)塊610,該氣體會(huì)與污染物反應(yīng)和/或減輕該目標(biāo)位置的污染。 在一個(gè)示例中，該氣體結(jié)合污染物并且變成揮發(fā)性。而后，揮發(fā)性化合 物便會(huì)通過抽吸而被移除。在另一示例中，該反應(yīng)氣體會(huì)形成表面條件 例如鈍化層，其會(huì)防止或減輕粒子被注入至所形成的表面條件的外部或 附近。
在區(qū)塊612測(cè)量該反應(yīng)室內(nèi)的氣態(tài)分壓以及組成.反應(yīng)氣體分析器 通常會(huì)被用來測(cè)量該反應(yīng)室內(nèi)的空氣/氣體的組成。該測(cè)量可包含測(cè)量所 存在的污染物、總分壓或真空、所存在的反應(yīng)氣體等。
在區(qū)塊614，倘若測(cè)量結(jié)果落在可接受范圍外面，則在區(qū)塊616決定 該氣體的流速與組成的修正性調(diào)整。此外，該修正性調(diào)整還包含自該處 理室的廢氣的流速。
接著，在區(qū)塊618應(yīng)用該氣體組成與流速修正性調(diào)整。 一般來說， 采用該氣體源以及一個(gè)或多個(gè)可控制閥來實(shí)現(xiàn)該修正性調(diào)整。接著，方 法600返回區(qū)塊612，于此獲得新測(cè)量結(jié)果。
雖然上文已經(jīng)針對(duì)一種或多種實(shí)施方式來闡述與說明過本發(fā)明，不 過，本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀且了解本說明書及附圖后將可對(duì)本發(fā)明進(jìn)行 變更與修正。尤其是針對(duì)上述組件(組件、裝置、電路、系統(tǒng)等)所實(shí) 施的各項(xiàng)功能來說，除非特別提及，否則用來說明此等組件的詞語(包 含"構(gòu)件，，相關(guān)詞在內(nèi))均旨在涵蓋能夠?qū)嵤┧鼋M件的指定功能的任 何組件(例如，具有等同功能的組件)，即使結(jié)構(gòu)上不同于本文中所圖 解的本發(fā)明示范實(shí)施方式中用來實(shí)施該功能的所公開結(jié)構(gòu)。此外，雖然在多個(gè)實(shí)施例的每一實(shí)施例中僅揭示本發(fā)明的具體特征，不過該特征可 結(jié)合其它實(shí)施方式中的一個(gè)或多個(gè)其它特征，這對(duì)于任何給定或具體應(yīng) 用來講是期望的且是有利的。此外，"示例性" 一詞的目的在于明示某 一示例，而并非在于明示其優(yōu)越性或最適性。再者，具體實(shí)施方式
及權(quán) 利要求中均用到"包含"、"具有"等詞語及其變型，這些詞語均與"包 括" 一詞類似，是開放式包含之意。
權(quán)利要求
1.一種離子注入系統(tǒng)，包括離子源，用以產(chǎn)生離子束；束線組件，用以將所述離子束導(dǎo)向目標(biāo)裝置；處理室，含有用于接收所述離子束的目標(biāo)裝置；以及氣體導(dǎo)入系統(tǒng)，耦合到所述處理室，用以提供氣體輸入至所述處理室。
2. 如權(quán)利要求1所述的離子注入系統(tǒng)，其中所述氣體導(dǎo)入系統(tǒng)提供大 氣氣體給所述處理室。
3. 如權(quán)利要求1所述的離子注入系統(tǒng)，其中所述氣體導(dǎo)入系統(tǒng)提供反 應(yīng)氣體給所述處理室。
4. 如權(quán)利要求1所述的離子注入系統(tǒng)，其中所述氣體導(dǎo)入系統(tǒng)可工作 以提供氣體至所述處理室中所述目標(biāo)裝置附近，以便減輕因污染物造成 的所述目標(biāo)裝置的污染，和/或改變處理環(huán)境和/或所述目標(biāo)裝置的既有性 質(zhì)以變更其物理或化學(xué)狀態(tài)。
5. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述反應(yīng)氣體包括氧氣和/或水蒸氣。
6. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述氣體導(dǎo)入系統(tǒng)進(jìn)一步包括 源貯存器；以及入口，用以將氣體從所述源貯存器傳送至所述處理室。
7. 如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述源貯存器含有氣體或蒸氣形式 的反應(yīng)材料，其壓力足以提供氣流給所述處理室。
8. 如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述氣體導(dǎo)入系統(tǒng)進(jìn)一步包括耦合 到所述源貯存器的蒸發(fā)或升華系統(tǒng)，且所述源貯存器含有液體或固體形 式的反應(yīng)材料，所述反應(yīng)材料能夠在足以提供氣流給所述處理室的壓力 被蒸發(fā)或升華。
9. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述處理室進(jìn)一步包括入口閥，用 以選擇性地將所述氣體傳送至所述處理室。
10. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括真空泵，所述真空泵以可 控制的方式移除所述處理室中的廢氣。
11. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括控制器，所述控制器耦合到所述氣體導(dǎo)入系統(tǒng)以調(diào)整所述氣體的組成與流速。
12. 如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括氣體分析器，用以測(cè)量所 述處理室內(nèi)的部分真空壓力和/或組成，并且依據(jù)所述部分真空壓力和/ 或組成產(chǎn)生反饋信號(hào)。
13. 如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述控制器根據(jù)所述氣體分析器 產(chǎn)生的反饋信號(hào)來調(diào)整所述氣體的組成和/或流速。
14. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述離子束包括帶狀束或筆狀束。
15. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述處理室包括目標(biāo)裝置處置系 統(tǒng)，用以于單一批次中將多個(gè)目標(biāo)裝置傳送至所述離子束。
16. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述處理室包括目標(biāo)裝置處置系 統(tǒng)，用以將單一目標(biāo)裝置傳送至所述離子束。
17.—種處理室，包括支撐結(jié)構(gòu)，用以固定目標(biāo)裝置；開口，界定于殼體之中，用以接收含有污染物且被導(dǎo)向所述目標(biāo)裝 置的離子束；以及入口閥，用以接收氣體。
18. 如權(quán)利要求17所述的處理室，其中所述入口閥可工作以供應(yīng)所述 氣體至所述目標(biāo)裝置附近且位于所述離子束的路徑內(nèi)，以便用以減輕因 所述污染物造成的所述目標(biāo)裝置的污染，和/或改變處理環(huán)境和/或所述目 標(biāo)裝置的既有性質(zhì)以變更其物理或化學(xué)狀態(tài)。
19. 如權(quán)利要求17所述的處理室，進(jìn)一步包括真空泵，所述真空泵以 可控制的方式來移除所述處理室中的廢氣。
20. 如權(quán)利要求19所述的處理室，其中所述氣體結(jié)合所述離子束的污 染物并且形成通過所述廢氣閥移除的廢氣。
21. 如權(quán)利要求17所述的處理室，其中所述氣體為大氣氣體。
22. 如權(quán)利要求17所述的處理室，其中所述氣體為反應(yīng)氣體。
23. —種在離子注入中減輕因污染物造成的污染的方法，包括 將含有污染物的離子束導(dǎo)向注入目標(biāo)位置；根據(jù)預(yù)期的污染物來選擇氣體組成與流速；根據(jù)選定的反應(yīng)氣體組成與選定的流速來提供所述氣體；以及將所述氣體導(dǎo)向所述注入目標(biāo)位置。
24. 如權(quán)利要求23所述的方法，進(jìn)一步包括通過使所述氣體與所述注 入目標(biāo)位置附近的離子束反應(yīng)以減輕所述注入目標(biāo)位置的污染。
25. 如權(quán)利要求24所述的方法，其中使所述氣體與所述離子束反應(yīng)包 括形成鈍化層，所述鈍化層阻隔污染物的非期望注入。
26. 如權(quán)利要求24所述的方法，其中使所述反應(yīng)氣體與所述離子束反 應(yīng)包括產(chǎn)生含有所述污染物的揮發(fā)性化合物并且從處理室中移除所述揮 發(fā)性化合物。
27. 如權(quán)利要求23所述的方法，進(jìn)一步包括測(cè)量所述注入目標(biāo)位置附 近的室氣體，以測(cè)量污染物的存在、反應(yīng)氣體、和/或殘留氣體的總分壓。
28. 如權(quán)利要求27所述的方法，進(jìn)一步包括根據(jù)所測(cè)量的污染物的存 在、反應(yīng)氣體、和/或所測(cè)量的殘留氣體的總分壓來決定所述氣體組成與 所述氣體流速的修正性調(diào)整。
29. 如權(quán)利要求23所述的方法，其中提供所述氣體包括提供源貯存 器，所述源貯存器含有液體或固體形式的反應(yīng)材料；以及蒸發(fā)或升華所 述反應(yīng)材料以提供所述氣體。
全文摘要
在離子注入工藝中通過引入氣體而減輕污染和改變表面特性的方法和系統(tǒng)。一種用于離子注入工藝的污染減輕或表面改變系統(tǒng)，包含氣體源(209)、控制器(204)、閥(210)以及處理室(111)。該氣體源傳送氣體給該閥，該氣體為大氣氣體或反應(yīng)氣體而且受控于該控制器。該閥設(shè)置在該處理室的上或附近，并且以可控制的方式來調(diào)整被傳送至該處理室的氣體的流速和/或組成。該處理室固定目標(biāo)裝置例如目標(biāo)晶片，并且使該氣體與離子束反應(yīng)而減輕該目標(biāo)晶片的污染，和/或改變?cè)撎幚憝h(huán)境或該目標(biāo)裝置的既有性質(zhì)以變更其物理或化學(xué)狀態(tài)或特性。該控制器根據(jù)存在于該離子束內(nèi)的污染物、或是不存在該污染物的情形、以及總壓或分壓分析來選擇與調(diào)整該氣體的組成以及流速。
文檔編號(hào)H01J37/317GK101310360SQ200680042530
公開日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2006年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月14日
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