專利名稱：使用改進(jìn)的偽同步多離子注入工藝制作的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作方法
使用改進(jìn)的偽同步多離子注入工藝制作的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)根據(jù)35U.S.C§ 120要求在2010年11月19日提交的美國(guó)申請(qǐng)12/950，416的權(quán)益，其內(nèi)容通過(guò)參考的方式并入于此。背景本文公開的特征、方面和實(shí)施例涉及使用改進(jìn)的多離子注入工藝的半導(dǎo)體器件(諸如絕緣體上的半導(dǎo)體(SOI)結(jié)構(gòu))的制造，從而多個(gè)離子種類以偽同步的方式被注入。迄今為止，在絕緣體上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中最普遍使用的半導(dǎo)體材料是硅。在這篇文獻(xiàn)中這些結(jié)構(gòu)被稱為絕緣體上硅結(jié)構(gòu)并且對(duì)這些結(jié)構(gòu)冠以簡(jiǎn)稱“SOI?！睂?duì)于高性能薄膜晶體管、太陽(yáng)能電池、熱電轉(zhuǎn)換設(shè)備、及諸如有源矩陣顯示器之類的顯示器，SOI技術(shù)正變得日益重要。SOI結(jié)構(gòu)可包括絕緣材料上基本為單晶硅的薄層。獲得SOI結(jié)構(gòu)的各種方式包括硅(Si)在網(wǎng)格匹配基底上的外延生長(zhǎng)。一種替代工藝包括單晶硅晶片與其上已生長(zhǎng)了 SiO2的氧化物層的另一硅晶片的鍵合，然后是將頂部晶片拋光或蝕刻為例如0.05到0.3微米的單晶硅層。進(jìn)一步的方法包括離子注入方法，其中氫或氧離子被注入以在氧離子 注入的情況下在由Si在頂部的硅晶片中形成掩埋的氧化物層，或者在氫離子注入的情況下將薄Si層分離(剝落)以鍵合到具有氧化物層的另一硅晶片。通過(guò)這些方法來(lái)制造SOI結(jié)構(gòu)成本很高。涉及氫離子注入的后一種方法已經(jīng)受到一些關(guān)注，并且已經(jīng)被認(rèn)為是相對(duì)前一種方法有優(yōu)勢(shì)的，因?yàn)樗璧淖⑷肽芰勘妊蹼x子注入所需的注入能量少50%，并且所需的劑量要低兩個(gè)數(shù)量級(jí)。美國(guó)專利7，176，528公開了一種在玻璃(SiOG)結(jié)構(gòu)上生產(chǎn)硅的工藝。這些步驟包括:(i )將硅晶片表面暴露于氫離子注入以創(chuàng)建鍵合表面；(ii )使晶片的鍵合表面與玻璃基底接觸；(iii)向晶片和玻璃基底施加壓強(qiáng)、溫度和電壓以促進(jìn)期間的鍵合；(iv)將該結(jié)構(gòu)冷卻為常溫；以及(V)將玻璃基底和硅薄層從該硅晶片分離。盡管所述用于制作SOI結(jié)構(gòu)的制造工藝已經(jīng)成熟，然而采用這些工藝的最終產(chǎn)品的商業(yè)生存能力和/或應(yīng)用仍受成本擔(dān)憂的限制。使用美國(guó)專利7，176，528中所公開的工藝來(lái)制造SOI結(jié)構(gòu)的大部分成本是在離子注入步驟中產(chǎn)生的。據(jù)信，執(zhí)行該離子注入工藝的成本的降低會(huì)改善SOI結(jié)構(gòu)的商業(yè)應(yīng)用。相應(yīng)地，期望繼續(xù)提高生產(chǎn)SOI結(jié)構(gòu)的效率。在成本異常高的離子注入工藝的各領(lǐng)域中，包括需要準(zhǔn)備并且使其可操作的資源、離子源以及用于注入的工具。例如，當(dāng)采用離子等離子體來(lái)作為用于注入的離子的源時(shí)，需要某種類型的等離子體生成器、電弧室等等。需要大量資源(時(shí)間、人力以及金錢)來(lái)準(zhǔn)備電弧室并且使其可操作。此外，存在與使半導(dǎo)體晶片(要用離子來(lái)注入的工作片)準(zhǔn)備好接收離子相關(guān)聯(lián)的大量成本。例如，通常采用某種類型的大氣控制室(常被稱為末端站)來(lái)建立用于注入的期望條件。這些條件可包括仔細(xì)控制該室內(nèi)的真空、溫度、濕度、潔凈度等。同樣，需要大量資源(時(shí)間、人力和金錢)來(lái)使末端站針對(duì)給定的離子注入工藝準(zhǔn)備好并且可操作。當(dāng)對(duì)將超過(guò)一個(gè)種類的離子注入到給定半導(dǎo)體晶片中感興趣時(shí)，以上成本問(wèn)題惡化。的確，一種進(jìn)行多離子種類注入的現(xiàn)有技術(shù)方法是使用單一機(jī)器方法(例如，設(shè)置有單一離子源的單一注入器)來(lái)每次注入一個(gè)種類的離子。這通常涉及:設(shè)置用于一個(gè)種類的離子的源、加速器設(shè)備、以及末端站，注入該種類，以及逐漸減少(ramp down)該設(shè)置，并為下一種類的離子重復(fù)該設(shè)置。盡管末端站設(shè)置可在離子種類變換過(guò)程中保留，然而從一個(gè)種類到另一個(gè)種類的離子源的變換(包括清除記憶效應(yīng))是非常耗時(shí)且高成本的。一種替代系統(tǒng)可采用雙機(jī)器方法(兩個(gè)分離的注入器，每個(gè)注入器具有專用離子源)來(lái)每次注入一個(gè)種類的離子。這通常涉及為兩個(gè)種類的離子源均設(shè)置源和加速器設(shè)備。半導(dǎo)體晶片被放入所述末端站之一中，使其進(jìn)入適當(dāng)?shù)拇髿鈼l件，并且注入所述離子種類之一。隨后將該半導(dǎo)體晶片帶回環(huán)境條件、轉(zhuǎn)移到另一末端站、并且?guī)Щ赜糜诘诙x子種類的注入的適當(dāng)?shù)拇髿鈼l件。從而，盡管與轉(zhuǎn)移單一源相關(guān)聯(lián)的延遲被減少或消除，然而半導(dǎo)體晶片通過(guò)兩個(gè)不同末端站的循環(huán)是耗時(shí)且高成本的。因?yàn)樾枰趦蓚€(gè)末端站之間的傳輸，所以在雙機(jī)器方法中基底污染的可能性也明顯更高。因此，不管采用哪種方法(單機(jī)器或雙機(jī)器)，與準(zhǔn)備在多離子種類注入工藝期間使用的離子源和/或末端站并且使其可操作相關(guān)聯(lián)的成本是過(guò)度的。已經(jīng)對(duì)將超過(guò)一個(gè)種類的離子注入給定半導(dǎo)體晶片的現(xiàn)有技術(shù)方法做出改進(jìn)。例如，一種新方法是同時(shí)將兩個(gè)種類的離子均注入半導(dǎo)體晶片中。此方法的細(xì)節(jié)可以在提交日為 2010 年 2 月 2 日 ，標(biāo)題為 “SEMICONDUCTOR STRUCTURE MADE USING IMPROVED IONIMPLANTATION PROCESS (使用改進(jìn)的離子注入工藝制造的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu))”的共同持有且共同待批的美國(guó)申請(qǐng)12/709，833中找到，通過(guò)援引將其整個(gè)公開整體納入于此。盡管此新方法是非常有前景的，然而已經(jīng)進(jìn)行了更多的研究和改進(jìn)，據(jù)信這些研究和改進(jìn)提供了相對(duì)于前述工藝提供了即便不是重大的優(yōu)勢(shì)，也是合理的替代。在由被稱為Varian有限公司的另一個(gè)公司生產(chǎn)的另一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中，在離子注入階段采用多個(gè)末端站，以減少在離子注入期間與加載、卸載，和重新加載相關(guān)聯(lián)的時(shí)間損失。在Varian系統(tǒng)中，離子束通過(guò)磁體彎曲并引導(dǎo)到被設(shè)計(jì)來(lái)產(chǎn)生兩個(gè)散開的離子束的掃描器。這兩個(gè)散開的離子束不是同時(shí)產(chǎn)生的，而是交替產(chǎn)生的。換言之，該系統(tǒng)在掃描器可產(chǎn)生一個(gè)束或另一個(gè)但不是同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)的情況下是可選的。一個(gè)束，如果被選中，在一個(gè)方向被發(fā)送到一個(gè)角度校正機(jī)制，該機(jī)制將散開的束垂直引導(dǎo)到第一末端站。另一個(gè)束，如果被選中，在另一個(gè)方向被發(fā)送到一個(gè)分開的角度校正機(jī)制，該機(jī)制將散開的束垂直引導(dǎo)到第二末端站。這樣，當(dāng)?shù)谝皇贿x中時(shí)，第二末端站可被卸載并以半導(dǎo)體晶片重新加載，反之亦然。雖然這個(gè)方法涉及與離子注入相關(guān)聯(lián)的一些成本問(wèn)題，它并不允許多種類離子的節(jié)省成本的離子注入。

發(fā)明內(nèi)容
盡管本文公開的特征、方面和實(shí)施例可能是聯(lián)系絕緣體上的半導(dǎo)體(SOI)結(jié)構(gòu)來(lái)討論的，然而有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員將理解，此公開不必局限于SOI制造。的確，本文公開的最寬的可保護(hù)的特征、方面等適用于其中需要將離子注入到半導(dǎo)體材料中(或上)的任何工藝，無(wú)論這種半導(dǎo)體材料是與絕緣體結(jié)合使用還是其他。然而，為便于呈現(xiàn)，本文的公開可能是聯(lián)系SOI結(jié)構(gòu)的制造做出的。本文對(duì)SOI結(jié)構(gòu)做出的具體的參考是為了便于解釋所公開的實(shí)施例，而非旨在、并且不應(yīng)被解釋為以任何方式限制權(quán)利要求的范圍。SOI這一簡(jiǎn)稱在本文中用來(lái)一般性地指代絕緣體上的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括但不限于:玻璃上的半導(dǎo)體(S0G)結(jié)構(gòu)、絕緣體上的硅(SOI)結(jié)構(gòu)、以及玻璃上的硅(SiOG)結(jié)構(gòu)，其還包含玻璃-陶瓷上的硅結(jié)構(gòu)。在本說(shuō)明書的上下文中，SOI還可以指半導(dǎo)體上的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，注入硅上的硅結(jié)構(gòu)等等。根據(jù)本文的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，用于形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法和裝置，包括:使半導(dǎo)體晶片的注入表面經(jīng)受離子注入工藝以在其中創(chuàng)建剝落層，其中所述離子注入工藝包括將兩個(gè)不同種類的離子注入到該半導(dǎo)體晶片的該注入表面中，每個(gè)種類是連續(xù)地但彼此時(shí)間緊密鄰近地注入的。通過(guò)結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的描述，其他方面、特征、優(yōu)點(diǎn)等對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將變得顯而易見。附圖簡(jiǎn)述為了說(shuō)明本文公開的各方面和特征的目的，以附圖形式示出了目前優(yōu)選的，然而應(yīng)當(dāng)理解，所涵蓋的實(shí)施例不限于所示出的精確安排和手段。

圖1是示出根據(jù)·本文公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的框圖；圖2-5是示出使用制造圖1的半導(dǎo)體器件的工藝形成的中間結(jié)構(gòu)的示意圖；圖6是始于用離子來(lái)注入施主半導(dǎo)體晶片以產(chǎn)生在制造圖1的半導(dǎo)體器件時(shí)有用的裝置(雙束植入工具)的簡(jiǎn)化框圖和示意圖；圖7A是雙等離子體源的實(shí)施例的簡(jiǎn)化框圖和示意框圖；圖7B是雙等離子體源的另一實(shí)施例的簡(jiǎn)化框圖和示意框圖。詳細(xì)描述參考附圖，其中相同的標(biāo)號(hào)指示相同的元件，圖1中示出了根據(jù)本文公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的基底上的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100。為了提供討論本文公開的最廣的可保護(hù)特征和方面的一些具體上下文，假定該基底上的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100是SOI結(jié)構(gòu)，諸如玻璃上的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。SOI結(jié)構(gòu)100可包括基底102以及半導(dǎo)體層104。這種SOI結(jié)構(gòu)100可具有與制造薄膜晶體管(TFT)相聯(lián)系的適當(dāng)用途，例如，用于顯示器應(yīng)用的，包括有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)顯示器和液晶顯示器(IXD)、集成電路、光伏設(shè)備等。盡管未要求，然而層104的半導(dǎo)體材料可以是基本上單晶的材料的形式。用“基本上”這一詞來(lái)描述層104是為了考慮到以下事實(shí):半導(dǎo)體材料通常包含固有的或特意添加的至少一些內(nèi)部或表面缺陷，諸如晶格缺陷或一些粒度邊界?！盎旧稀币辉~還反映了以下事實(shí):某些摻雜無(wú)可能扭曲或以其他方式影響成塊半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)。為了討論的目的，假定:半導(dǎo)體層104是由硅形成的。然而，應(yīng)當(dāng)理解，該半導(dǎo)體材料可以是基于硅的半導(dǎo)體或任何其他類型的半導(dǎo)體，諸如II1-V、I1-1V、I1-1V-V等類的半導(dǎo)體。這些材料的示例包括:硅(Si )、鍺摻雜的硅(SiGe )、碳化硅(SiC)、鍺(Ge )、砷化鎵(GaAs),GaP 和 InP?；?02可以是展示出任何期望性質(zhì)的任何期望材料。例如，在一些實(shí)施例中，基底102可以由半導(dǎo)體材料形成，諸如上面列出的各種材料。根據(jù)替代實(shí)施例，基底102可以是絕緣體，諸如玻璃、氧化物玻璃、或氧化物玻璃-陶瓷。如在氧化物玻璃和氧化物玻璃-陶瓷之間，該玻璃可具有制造更加簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，從而使得它們可更廣泛地獲得并且更不昂貴。作為示例，玻璃基底102可以由包含堿土離子的玻璃形成，諸如:由康寧公司第1737號(hào)玻璃成分或康寧公司第EAGLE2000 號(hào)玻璃成分制造的基底。這些玻璃材料在例如生產(chǎn)液晶顯示器中有特定用途。盡管本文特別感興趣的主題涉及將離子注入到半導(dǎo)體材料中，然而相信，在用于制造S0I100的具體工藝方面提供一些附加的上下文是有益的。因此，現(xiàn)在參考圖2-5，它們示出了可以執(zhí)行前面提到的離子注入以制造圖1的SOI結(jié)構(gòu)100的一般性工藝(以及所得到的中間結(jié)構(gòu))。首先轉(zhuǎn)向圖2，準(zhǔn)備施主半導(dǎo)體晶片120，諸如通過(guò)拋光、清潔等，以生產(chǎn)始于鍵合到基底102 (例如，玻璃或玻璃-陶瓷基底)的相對(duì)平坦且均勻的注入表面。為了討論的目的，半導(dǎo)體晶片120可以是基本上單晶的Si晶片，盡管如同上面討論的，可以采用任何其他適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體導(dǎo)體材料。通過(guò)使注入表面122經(jīng)受離子注入工藝來(lái)在施主半導(dǎo)體晶片120的注入表面121下方創(chuàng)建弱化區(qū)域123來(lái)創(chuàng)建剝落層122。盡管此離子注入工藝才是本文的公開的焦點(diǎn)，然而在此處僅對(duì)用于創(chuàng)建弱化區(qū)域123的工藝做出一般性的參考。然而，在本說(shuō)明書中稍后，將提供對(duì)特別感興趣的一種或多種離子注入工藝的更詳細(xì)的討論?？梢哉{(diào)節(jié)使用的離子注入能量來(lái)實(shí)現(xiàn)剝落層122的大致厚度，注入在約300-500nm之間，然而可以實(shí)現(xiàn)任何合理的厚度。將離子注入到施主半導(dǎo)體晶片120的影響是使晶格中的原子從它們的正常位置移位。當(dāng)晶格中的原子被離子擊中時(shí)，該原子被迫離開位置，從而創(chuàng)建了主要缺陷的、空缺的和填隙的原子，這被稱為Frenkel對(duì)。如果在接近室溫下執(zhí)行注入，則主要缺陷的組分移動(dòng)并且創(chuàng)建許多類型的次級(jí)缺陷，諸如空缺群集等。參考圖3，可使用電解工藝(在本文中也成為陽(yáng)極鍵合工藝)將基底102鍵合到剝落層122。適當(dāng)?shù)碾娊怄I合工藝的基礎(chǔ)可以在美國(guó)專利7，176，528中找到，其整個(gè)公開通過(guò)援引納入于此。此工藝的各部分在下面討論；然而，本文描述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例涉及對(duì)美國(guó)專利7，176，528的離子 注入工藝的修改。在該鍵合工藝中，可對(duì)基底102 (以及剝落層122，如果尚未做過(guò)的話)執(zhí)行適當(dāng)?shù)谋砻媲鍧?。然后，使中間結(jié)構(gòu)直接或間接接觸。所得到的中間結(jié)構(gòu)從而是棧，包括施主半導(dǎo)體晶片120、剝落層122和玻璃基底102的成塊材料層。在接觸之前或之后，施主半導(dǎo)體晶片120、剝落層122和玻璃基底102的棧被加熱(由圖3中的箭頭指示)。使玻璃基底102和施主半導(dǎo)體晶片120達(dá)到足以引發(fā)棧內(nèi)的離子遷移以及其間的陽(yáng)極鍵合的溫度。溫度取決于施主晶片120的半導(dǎo)體材料和玻璃基底102的性質(zhì)。例如，可以使結(jié)的溫度在玻璃基底102的應(yīng)變點(diǎn)的約+/-350° C內(nèi)，更具體而言，在該應(yīng)變點(diǎn)的約-250° C和0° C之間，和/或在該應(yīng)變點(diǎn)的約-100° C和-50° C之間。取決于玻璃的類型，該溫度可以在約500-600° C范圍內(nèi)。除了上面討論的溫度性質(zhì)外，向中間組件施加機(jī)械壓強(qiáng)(如圖3中的箭頭所指示的)。壓強(qiáng)范圍可以在約I到約50psi之間。施加更高壓強(qiáng)(例如，高于IOOpsi的壓強(qiáng))可能導(dǎo)致玻璃基底102的斷裂。還跨越該中間組件施加電壓(如圖3中的箭頭所指示的)，例如，其中施主半導(dǎo)體晶片120在正電極處而玻璃基底102在負(fù)電極處。電壓電勢(shì)的施加導(dǎo)致玻璃基底102中的堿和堿土離子遠(yuǎn)離半導(dǎo)體/玻璃界面進(jìn)一步向玻璃基底102中移動(dòng)。更具體而言，玻璃基底102的正離子(包括基本上所有的改性劑(modifier)正離子)遠(yuǎn)離施主半導(dǎo)體晶片120的較高電壓電勢(shì)遷移，形成:(I)鄰接脫落層122的玻璃基底102中的減少正離子濃度層；以及
(2)鄰接該減少正離子濃度層的玻璃基底102的增加正離子濃度層。此形成導(dǎo)致阻擋功能，即，阻止正離子從氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷通過(guò)減少正離子濃度層遷移并進(jìn)入半導(dǎo)體層。參考圖4，在將該中間組件保持在溫度、壓強(qiáng)和電壓條件下足夠長(zhǎng)的時(shí)間后，移除電壓并且允許該中間組件冷卻到室溫。在加熱期間、在停留期間、在冷卻期間和/或在冷卻后的某點(diǎn)處，將施主半導(dǎo)體晶片120和玻璃基底102分離。如果剝落層122尚未變得完全自由于施主120的話，這可包括某種剝離。結(jié)果是帶有由鍵合到玻璃基底的施主半導(dǎo)體層120的半導(dǎo)體材料形成的相對(duì)薄的剝落層122的玻璃基板。該分離可經(jīng)由由熱應(yīng)力導(dǎo)致的剝落層122的破裂實(shí)現(xiàn)。替代地或附加地，可使用注入噴水切割或化學(xué)蝕刻等機(jī)械應(yīng)力來(lái)協(xié)助此分尚。就在剝落后，SOI結(jié)構(gòu)100的裂開的表面125可呈現(xiàn)出表面粗糙度、過(guò)量的硅層厚度、和/或娃層的注入損害(例如，由于非晶質(zhì)化(amorphized)的娃層的形成)。取決于注入能量和注入時(shí)間，剝落層122的厚度可以在約300-500nm量級(jí)上，然而其他厚度也可能是適當(dāng)?shù)摹＿@些性質(zhì)可以使用后綁定工藝來(lái)改變以從剝落層122前進(jìn)并產(chǎn)生半導(dǎo)體層104的期望性質(zhì)(圖1)。注意，施主半導(dǎo)體晶片120可被重新用來(lái)繼續(xù)生產(chǎn)其他SOI結(jié)構(gòu)100?，F(xiàn)在參考圖5，圖5同樣涉及通過(guò)使施主半導(dǎo)體晶片120的注入表面121經(jīng)受離子注入工藝來(lái)在施主半導(dǎo)體晶片120的注入表面121下方創(chuàng)建弱化區(qū)域123來(lái)創(chuàng)建剝落層122。根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，離子注入工藝包括將兩個(gè)不同種類的離子注入到施主半導(dǎo)體晶片120的注入表面121。根據(jù)優(yōu)選方面，這兩個(gè)不同種類的離子是使用改進(jìn)的裝置和工藝先后連續(xù)注入的。參考圖6，可以在多 束注入工具150中執(zhí)行兩個(gè)不同類型的離子的注入。盡管示出了包括兩個(gè)同時(shí)離子束的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，創(chuàng)新方面可擴(kuò)展到產(chǎn)生具有諸如三個(gè)或更多束的工具。工具150可以用商業(yè)方式購(gòu)買并隨后被修改來(lái)實(shí)現(xiàn)本文描述的工藝，或者可以開發(fā)基本全新的工具。因?yàn)樽⑷牍ぞ叩脑O(shè)計(jì)和操作原理可能不同，所以設(shè)備和/或操作的具體修改將留給熟練的技術(shù)人員，但是應(yīng)當(dāng)是基于本文的描述的。圖6所示的離子注入工具150以高級(jí)示意圖形式示出，并包括等離子體源152，其同時(shí)產(chǎn)生包括第一種類離子的第一等離子體和包括不同的第二種類離子的第二等離子體。源152的功能以兩個(gè)輸入202和204的方式示出，它們代表不同離子前體源。參見圖7A和7B，源152可以許多方式實(shí)現(xiàn)。例如，參見圖7A，源152可包括氣蒸汽的第一和第二源，例如第一罐202和第二罐204，每個(gè)饋入單個(gè)室202A。需要?dú)庹羝糜谑?02A中的等離子體生成。罐202可包含氣體、液體或固體。對(duì)于液體和固體，需要一定程度的加熱來(lái)生成氣蒸汽。來(lái)自罐202的各氣流通過(guò)針閥或質(zhì)量流量控制器來(lái)控制。罐202、204內(nèi)的氣、液體或固體，包括各種原子和/或分子。例如，第一罐202可包含氫的原子和/或分子，而第二罐204可包含氦的原子和/或分子。其他原子和/或分子種類也是可能的，諸如從由以下各項(xiàng)組成的組中獲取的:硼、氫、氦、和/或其他適當(dāng)種類的原子和/或分子。在替換配置中，圖7A的源152可以不包括兩罐氣202、204，但是可以采用包含兩種原子和/或分子種類的單個(gè)罐，例如在罐中混合氫和氦。
根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，室202A可包括從輸入氣體產(chǎn)生等離子體所需的結(jié)構(gòu)元件。例如，第一室202A可以作為電弧室來(lái)實(shí)現(xiàn)，電弧室包括從罐202，204 (或單個(gè)罐)接收氣體并且產(chǎn)生第一等離子體源所必需的磁體、燈絲、反射器、能量源等。然而，應(yīng)當(dāng)理解，可附加地或替代地采用用于從氣體產(chǎn)生等離子體的任何其他適當(dāng)和已知的技術(shù)。在這個(gè)實(shí)施例中，單個(gè)室產(chǎn)生包含第一和第二等離子體(即包含兩個(gè)種類例子)的等離子體的單個(gè)流。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚地知道在電弧室內(nèi)從氣體產(chǎn)生等離子體所必需的基本結(jié)構(gòu)元件。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，取決于氣體內(nèi)的原子和/或分子的種類，所得的等離子體可包括不同類型的離子，而仍舊在一種類內(nèi)。例如，在氫的情況下，第一等離子體可包括H離子、H2離子和H3離子。在氦的情況下，該等離子體可基本上僅包括He4離子。在第一和第二等離子體兩者的混合等離子體流中，流將包括離子種類兩者，例如H離子、H2離子、H3離子，和He4尚子。參考圖7B，源152的替換實(shí)施例可包括氣的第一和第二源，例如第一罐202和第二罐204，每個(gè)饋送各室202A、204A。根據(jù)該實(shí)施例，各室202、204A兩者包括，從各罐202、204接收氣并產(chǎn)生兩個(gè)分開的等離子體體(第一等離子體和第二等離子體)所需的磁體、燈絲、反射體、能量源等。從而，包括第一種類的離子的等離子體的第一等離子體可在第一室202A內(nèi)產(chǎn)生，而包括不同的第二種類的離子的等離子體的第二等離子體可在第二室204A內(nèi)產(chǎn)生。如上所述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解需要相當(dāng)多的時(shí)間將室從冷開始逐漸上升(ramp up)到合適產(chǎn)生高密度等離子體的狀態(tài)。實(shí)際上，設(shè)置時(shí)間包括調(diào)整離子種類，以及磁體、燈絲、反射體、能量源等，必須都上升并停留在用于等離子體生成的合適情況下。如此處將進(jìn)一步討論的，當(dāng)單室202A被用來(lái)產(chǎn)生(包含離子種類兩者)的單等離子體時(shí)，只有一個(gè)設(shè)置時(shí)間(可包括相關(guān)聯(lián)的記憶效應(yīng))，而沒(méi)有在從一個(gè)種類的離子切換到另一個(gè)上的時(shí)間損失。當(dāng)多室202A、204A被采用，每個(gè)室可被同時(shí)上升并且每個(gè)可同時(shí)產(chǎn)生等離子體。同樣，只有一個(gè)有效設(shè)置時(shí)間(兩 個(gè)室平行設(shè)置)，而沒(méi)有在從一個(gè)種類的離子切換到另一個(gè)上的時(shí)間損失(消除了與上升有關(guān)的延遲，包括記憶效應(yīng))。這允許在離子注入期間將不同種類的離子快速分發(fā)給半導(dǎo)體晶片120，從而導(dǎo)致顯著的成本節(jié)約的優(yōu)點(diǎn)，以下結(jié)合要已被呈現(xiàn)的系統(tǒng)150的其它方面將進(jìn)一步討論。源152與系統(tǒng)150的下一階段,加速系統(tǒng)170,相通。源156的輸出(組合的等離子體或者兩個(gè)分開的等離子體)與加速器系統(tǒng)170的輸入(或進(jìn)口)172相通。加速器系統(tǒng)170沿著從源152的初始軸，A0，同時(shí)加速來(lái)自第一和第二等離子體的第一和第二種類離子更具體而言，加速器系統(tǒng)170包括任何數(shù)量的電極，例如示出了兩個(gè)這樣的點(diǎn)擊208、210。電極208、210之間的適當(dāng)?shù)碾妷弘妱?shì)(其可在數(shù)十到數(shù)百千伏范圍內(nèi))將導(dǎo)致來(lái)自第一和第二等離子體的第一和第二種類的離子加速朝向并穿過(guò)分析器磁體180。分析器磁體180改變來(lái)自等離子體的離子的軌跡。離子的軌跡的改變?nèi)Q于各種因素，包括由分析器磁體180產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度、離子的質(zhì)荷比、離子通過(guò)磁體180時(shí)的加速度大小等等，這都是本領(lǐng)域已知的。加速器系統(tǒng)170向第一和第二等離子體兩者施加(給定大小的)相同電場(chǎng)，從而將各第一和第二種類離子加速到展示不同動(dòng)量的速度。事實(shí)上，想起第一和第二等離子體是在分開的體中的單個(gè)等離子體體中，一旦它們?cè)诩铀倨飨到y(tǒng)170中，向全部離子(包括例如H離子、H2離子、H3離子，和He4離子)施加電場(chǎng)。這些類型的離子的每個(gè)是不同物質(zhì)，并且因此每個(gè)類型的離子將通過(guò)分析器磁體180獲得不同的動(dòng)量(無(wú)論是否不同速度)。分析器磁體180向第一和第二種類離子兩者施加給定磁場(chǎng)。由于不同種類例子具有不同動(dòng)量，給定磁力通過(guò)不同量改變各第一和第二種類離子的軌跡。這樣，分析器磁體180改變來(lái)自第一等離子體的第一種類離子的軌跡，產(chǎn)生沿著與初始軸AO橫切的第一軸Al的至少一個(gè)第一離子束。同時(shí)，分析器磁體180改變來(lái)自第二等離子體的第二種類離子的軌跡，產(chǎn)生沿著與初始軸AO和第一軸Al橫切的第二軸A2的至少一個(gè)第二離子束。即使在一個(gè)種類，例如氫離子內(nèi)，原子之間也可能有不同數(shù)量的原子粘合，并因此導(dǎo)致H原子、4原子和H3原子每個(gè)具有不同的動(dòng)量。類似地，He4離子將具有不同于氫離子的動(dòng)量。因此，H離子、H2離子、H3離子，和He4離子在不同軌跡上離開分析器磁體180。作為示例的目的，假設(shè)用于注入半導(dǎo)體晶片120的所希望的離子種類是H2離子和He4離子，設(shè)置電場(chǎng)、磁力使得H2離子獲得沿著第一軸Al的軌跡而He4離子獲得沿著第二軸A2的軌跡。系統(tǒng)150包括波束處理系統(tǒng)250，操作用于同時(shí)將第一和第二離子束引導(dǎo)半導(dǎo)體晶片120，使得第一和第二種類的離子轟擊半導(dǎo)體晶片120的注入表面121以在那里創(chuàng)建剝落層122。波束處理系統(tǒng)250包括質(zhì)量分辨率系統(tǒng)252，其包括一些狹縫，至少一個(gè)狹縫的每種離子被傳遞到半導(dǎo)體晶片120。在所示的示例中，有兩個(gè)這樣的狹縫，252A和252B。放置狹縫252A以允許第一離子束沿著軸Al行進(jìn)以通過(guò)那里。放置狹縫252B以允許第二離子束沿著軸A2行進(jìn)以通過(guò)那里。離子的沒(méi)有被使用的其它軌跡導(dǎo)致各束終止到完全停止。與上述示例一致，沿著軸A3行進(jìn)的束可能是A3。波束處理系統(tǒng)250也包括掃描器系統(tǒng)，其包括多個(gè)掃描器元件，在這個(gè)示例中示出了兩個(gè)掃描器兀件254A、254B。第一掃描器兀件254A接收沿著第一軸Al的第一離子束，并在一個(gè)維度上(在一個(gè)平面中)將第一離子束扇形散開256A。類似地，第二掃描器元件254B接收沿著第二軸A2的第 二離子束并將第二離子束在類似維度上扇形散開256B。各掃描器元件254A、254B與各角度校正元件258A、258B相通。第一角度校正元件258A操作以接收被扇形散開的第一離子束256A并在基本垂直(或另選角度)于半導(dǎo)體晶片120的注入表面121的方向上將其重新引導(dǎo)260A。類似的，第二角度校正元件258B操作以接收被扇形散開的第二離子束256B并在同樣基本垂直于(或另選角度)半導(dǎo)體晶片120的注入表面121的方向上將其重新引導(dǎo)260B。值得注意的是，第一和第二束260A、260B同時(shí)被傳遞到半導(dǎo)體晶片120，然而，如下面將要討論的，它們可能不是同時(shí)地同步入射到半導(dǎo)體晶片120的注入表面121的位置，而是連續(xù)被入射到半導(dǎo)體晶片120的給定部分上。在這一點(diǎn)上，波束處理系統(tǒng)250可進(jìn)一步包括一些加速機(jī)制(未示出)以加速至少以下之一:沿著Al的第一離子束、沿著A2的第二離子束、第一扇形散開了的離子束256A、第二扇形散開了的離子束256B、朝著半導(dǎo)體晶片120的第一重新引導(dǎo)的束260A、和第二重新引導(dǎo)的束260B。僅僅需要調(diào)節(jié)(通常是減少)一個(gè)離子束(每個(gè)離子種類一個(gè))，使得每個(gè)所注入的種類所希望的劑量為掃描所需而正確地維持著，以完成最慢注入時(shí)間。各離子束能量通過(guò)為波束處理系統(tǒng)250內(nèi)的每個(gè)離子束(經(jīng)由前述加速機(jī)制)提供特定的且分開的離子加速力來(lái)維持(后置分析器磁體180)。
系統(tǒng)150還包括末端站190，末端站190操作以支撐并平移半導(dǎo)體晶片120，使得第一和第二種類的離子分開地并且連續(xù)地轟擊注入表面121來(lái)在其中創(chuàng)建剝落層122。末端站190包括傳輸機(jī)構(gòu)212，該傳輸機(jī)構(gòu)準(zhǔn)許半導(dǎo)體晶片120在適當(dāng)方向平移或掃描(參見雙向箭頭)，使得相應(yīng)的離子束描繪半導(dǎo)體晶片120并實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)哪繕?biāo)劑量(每個(gè)種類一個(gè)劑量)。在替代末端站配置中，可以采用旋轉(zhuǎn)工藝盤來(lái)旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體晶片120穿過(guò)離子束，而不是圖6中示出的半導(dǎo)體晶片的相對(duì)線性的平移。末端站190還操作以維持受控大氣，在注入期間半導(dǎo)體晶片120在該受控大氣內(nèi)。優(yōu)選地，該大氣包括適當(dāng)?shù)恼婵?、溫度、濕度、潔凈度等。關(guān)于此，末端站190包括與來(lái)自加速器系統(tǒng)170的輸出相通的輸入，由此離子束260A, 260B可被接收,但是受控大氣不會(huì)丟失。末端站190操作以在第一離子種類260A注入期間，以及在第二離子種類260B后續(xù)注入期間，將半導(dǎo)體晶片120維持在受控大氣內(nèi)。并行注入兩種不同種類離子(每個(gè)以選定的注入配方)的能力，節(jié)約了可觀的時(shí)間，并減少了生產(chǎn)成本。此外，單個(gè)或多個(gè)室202A、204A在整個(gè)注入過(guò)程中操作，導(dǎo)致非常顯著的成本和時(shí)間節(jié)約。盡管已具體地參考工具150的結(jié)構(gòu)討論了上述實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解也可以向一個(gè)或多個(gè)過(guò)程施加創(chuàng)新方面。在這一點(diǎn)上，形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法可包括:提供等離子體的第一源(第一等離子體)，其包括第一種類的離子；提供等離子體的第二源(第二等離子體)，其包括不同的第二種類的離子；將來(lái)自第一和第二等離子體的第一和第二種類的離子同時(shí)沿著初始軸加速；改變來(lái)自第一等離子體的第一種類離子的軌跡，從而產(chǎn)生沿著與初始軸橫切的第一軸的至少一個(gè)第一離子束；改變來(lái)自 第二等離子體的第二種類離子的軌跡，從而產(chǎn)生沿著與初始軸和第一軸橫切的第二軸的至少一個(gè)第二離子束；并同時(shí)將第一和第二離子束朝著半導(dǎo)體晶片引導(dǎo)，使得第一和第二種類的離子連續(xù)轟擊半導(dǎo)體晶片的注入表面以在那里創(chuàng)建剝落層。該方法包括支撐并平移半導(dǎo)體晶片，使得第一和第二種類的離子，分開地且連續(xù)地轟擊半導(dǎo)體晶片的注入表面以在那里創(chuàng)建剝落層。該方法可包括將半導(dǎo)體晶片平移通過(guò)第一離子束并接著將半導(dǎo)體晶片平移通過(guò)第二離子束。半導(dǎo)體晶片在注入期間被維持在受控大氣中。該方法還包括沿著第一軸扇形散開第一離子束，成為扇形散開的第一離子束，并將來(lái)自第一軸的第一離子束重新引導(dǎo)到基本上垂直于(或另一選定入射角)半導(dǎo)體鏡片的注入表面的方向。類似地，該方法還包括沿著第二軸扇形散開第二離子束，成為扇形散開的第二離子束，并將來(lái)自第二軸的第二離子束重新引導(dǎo)到基本上垂直于(或另一選定入射角)半導(dǎo)體鏡片的注入表面的方向。盡管參照特定細(xì)節(jié)在此對(duì)各方面、特征，和實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些細(xì)節(jié)僅僅是對(duì)更寬的原理和應(yīng)用的說(shuō)明。因此應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)這些說(shuō)明性實(shí)施例可作出許多修改，并且可構(gòu)思出其它配置而不背離精神和由所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于注入兩個(gè)種類的離子的裝置，其特征在于: 源，所述源同時(shí)產(chǎn)生包括第一種類的離子的第一等離子體和包括不同的第二種類的離子的第二等離子體； 加速器系統(tǒng)，所述加速器系統(tǒng)包括分析器磁體，它們合作以同時(shí):(i)沿著初始軸加速來(lái)自所述第一和第二等離子體的第一和第二種類的離子，( )改變來(lái)自所述第一等離子體的所述第一種類的離子的軌跡，從而產(chǎn)生沿著與所述初始軸橫切的第一軸的至少一個(gè)第一離子束，以及(iii)改變來(lái)自所述第二等離子體的所述第二種類的離子的軌跡，從而產(chǎn)生沿著與所述初始軸和所述第一軸橫切的第二軸的至少一個(gè)第二離子束；以及 波束處理系統(tǒng)，操作用于同時(shí)將所述第一和第二離子束朝著半導(dǎo)體晶片引導(dǎo)，使得所述第一和第二種類的離子轟擊所述半導(dǎo)體晶片的注入表面以在那里創(chuàng)建剝落層。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，來(lái)自所述第一和第二等離子體的所述第一和第二種類的離子是以下之一:混合成單個(gè)離子流；和分開的離子流。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括:末端站，操作以支撐并平移所述半導(dǎo)體晶片，使得所述第一和第二種類的離子分開地且連續(xù)地轟擊所述半導(dǎo)體晶片的所述注入表面以在那里創(chuàng)建所述剝落層。
4.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，以下的至少一個(gè): 所述末端站平移所述半導(dǎo)體晶片通過(guò)所述第一離子束，且隨后所述末端站平移所述半導(dǎo)體晶片通過(guò)所述第二離子束；以及 所述末端站操作以維持受控的大氣，在注入期間所述半導(dǎo)體晶片被置于所述受控的大氣內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所 述的裝置，其特征在于: 所述加速器系統(tǒng)向所述第一和第二等離子體這兩者施加給定大小的電場(chǎng)，從而將各個(gè)第一和第二種類的離子加速到不同的速度；以及 所述分析器磁體系統(tǒng)向所述第一和第二種類的離子施加給定的磁場(chǎng)，從而按不同的量來(lái)改變各個(gè)第一和第二種類的離子的軌跡，以獲得橫切的第一和第二方向軸。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，還包括: 第一掃描器元件，操作以接收沿著所述第一軸的第一離子束，并使所述第一離子束扇形散開；以及 第二掃描器元件，操作以接收沿著所述第二軸的第二離子束，并使所述第二離子束扇形散開。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，還包括: 第一角度校正元件，操作以接收扇形散開的第一離子束并將所述第一離子束在選定的基本朝著所述半導(dǎo)體晶片的所述注入表面的方向上重新引導(dǎo)；以及 第二角度校正元件，操作以接收扇形散開的第二離子束并將所述第二離子束在選定的基本朝著所述半導(dǎo)體晶片的所述注入表面的方向上重新引導(dǎo)。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述波束處理系統(tǒng)還操作以加速以下至少一個(gè):所述第一離子束、所述第二離子束、第一扇形散開的離子束、第二扇形散開的離子束、朝著所述半導(dǎo)體晶片的第一重新引導(dǎo)的束和第二重新引導(dǎo)的束。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述等離子體的源包括:與第一室相通的第一種類的原子和/或分子的源，所述第一室操作以從所述第一種類的原子和/或分子產(chǎn)生第一等離子體；以及 與第二室相通的第二種類的原子和/或分子的源，所述第二室操作以從所述第二種類的原子和/或分子產(chǎn)生第二等離子體。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，第一和第二種類的原子和/或分子的源是分開的氣體容器。
11.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述等離子體的源包括: 與一室相通的第一種類的原子和/或分子的源；以及 與所述室相通的第二種類的原子和/或分子的源， 其中所述室操作以從所述第一和第二種類的原子和/或分子產(chǎn)生所述第一和第二等離子體。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二種類的原子和/或分子的源是分開的氣體容器。
13.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二種類的離子是從以下一組中獲取的:硼、氫、氦。
14.一種用于形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于: 提供第一等離子體的源，即第一等離子體，所述第一等離子體包括第一種類的離子； 提供第二等離子體的源 ，即第二等離子體，所述第二等離子體包括不同的第二種類的離子； 使來(lái)自所述第一和第二等離子體的所述第一和第二種類的離子沿著初始軸同時(shí)加速； 改變來(lái)自所述第一等離子體的所述第一種類的離子的軌跡，從而產(chǎn)生沿著與所述初始軸橫切的第一軸的至少一個(gè)第一離子束； 改變來(lái)自所述第二等離子體的所述第二種類的離子的軌跡，從而產(chǎn)生沿著與所述初始軸和所述第一軸橫切的第二軸的至少一個(gè)第二離子束；以及 同時(shí)將所述第一和第二離子束朝著半導(dǎo)體晶片引導(dǎo)，使得所述第一和第二種類的離子連續(xù)地轟擊所述半導(dǎo)體晶片的注入表面以在那里創(chuàng)建剝落層。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，還包括:支撐并平移所述半導(dǎo)體晶片，使得所述第一和第二種類的離子分開地且連續(xù)地轟擊所述半導(dǎo)體晶片的注入表面以在那里創(chuàng)建剝落層。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，還包括使所述半導(dǎo)體晶片平移通過(guò)所述第一離子束并接著使所述半導(dǎo)體晶片平移通過(guò)所述第二離子束。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，還包括在注入期間使所述半導(dǎo)體晶片保持在受控的大氣中。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，還包括: 沿著所述第一軸使所述第一離子束扇形散開成已扇形散開的第一離子束；以及 沿著所述第二軸使所述第二離子束扇形散開成已扇形散開的第二離子束。
19.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，還包括: 將所述第一離子束從所述第一軸重新引導(dǎo)到選定的方向，所述選定的方向基本上朝向所述半導(dǎo)體晶片的所述注入表面；以及 將所述第二離子束從所述第二軸重新引導(dǎo)到所述選定的方向，所述選定的方向基本上朝向所述半導(dǎo)體晶片的所述注入表面。
20.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述第一和第二種類的離子是從以下一組中獲取的:硼、氫、氦。 ·
全文摘要
方法和裝置提供了下列同時(shí)產(chǎn)生包括第一種類離子的第一等離子體和包括不同的第二種類的離子的第二等離子體的源(152)；包括分析器磁體(180)的加速器系統(tǒng)(170)，它們合作以同時(shí)(i)沿著初始軸(A0)加速來(lái)自第一和第二等離子體的第一和第二種類離子，(ii)改變來(lái)自第一等離子體的第一種類離子的軌跡，從而產(chǎn)生沿著與初始軸橫切的第一軸(A1)的至少一個(gè)第一離子束，以及(iii)改變來(lái)自第二等離子體的第二種類離子的軌跡，從而產(chǎn)生沿著與初始軸和第一軸橫切的第二軸(A2)的至少一個(gè)第二離子束；波束處理系統(tǒng)(250)，操作以同時(shí)將第一和第二離子束朝著半導(dǎo)體晶片(120)引導(dǎo)，使得第一和第二種類的離子轟擊半導(dǎo)體晶片的注入表面(121)以在那里創(chuàng)建剝落層(122)。
文檔編號(hào)H01J37/30GK103222027SQ201180055474
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月19日
發(fā)明者S·切瑞克德簡(jiǎn) 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司