專利名稱：離子注入裝置以及得到不均勻的離子注入能量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及離子注入裝置和方法，更具體地涉及離子注入裝置以及得到不均勻的離子注入能量的方法。
背景技術(shù)：
通常，為了制造半導(dǎo)體器件，尤其是半導(dǎo)體存儲器器件，例如，動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)，需要多種單元工藝(unit processes)。單元工藝包括堆疊工藝、蝕刻工藝和離子注入工藝，并且通常在晶片上進行。在離子注入工藝中，加速摻雜劑離子，例如，硼和砷，并穿過晶片的表面。通過上述離子注入工藝可以改變材料的電特性。
通過沿Y軸方向移動晶片和沿X軸方向掃描離子束并將離子束注入到晶片中實現(xiàn)離子注入到晶片中。在上述離子注入中，以相同的劑量和能量將離子注入到晶片的所有區(qū)域中。這對于離子注入工藝是優(yōu)選的，但是對于其它單元工藝不是優(yōu)選的。即，作為多種單元工藝的結(jié)果，得到的晶片所有區(qū)域上膜的厚度和蝕刻程度是不均勻的。原因是不能精確地控制單元工藝的許多參數(shù)。因此，由于不希望或不能精確控制的工藝參數(shù)而出現(xiàn)工藝誤差。
例如，表示柵極電極寬度的臨界尺寸(在下文中，稱為CDs)根據(jù)晶片的區(qū)域而不同。即，在晶片中心處的柵極電極的CD可能較大，而在晶片邊緣柵極電極的CD可能較小。另一方面，在晶片中心處的柵極電極的CD可能較小，而在晶片邊緣處柵極電極的CD可能較大。CDs的上述差值是由單元工藝的不可控參數(shù)所引起的。在晶片中心處柵極電極的CD大于晶片邊緣處柵極電極的CD的情況下，在晶片中心處器件的閾值電壓大于晶片邊緣處器件的閾值電壓。在晶片中心處柵極電極的CD小于晶片邊緣處柵極電極的CD的情況下，在晶片中心處器件的閾值電壓小于晶片邊緣處器件的閾值電壓。
此外，為了形成具有輕摻雜漏極(LDD)結(jié)構(gòu)的源極/漏極，在柵極疊層的側(cè)面上形成隔離物，并且使用隔離物作為離子注入阻擋層進行源極/漏極離子注入。因為在晶片的所有區(qū)域上隔離物的厚度是不均勻的，所以具有LDD結(jié)構(gòu)的源極/漏極具有不均勻的外形，由此導(dǎo)致晶體管具有不相同的特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種離子注入裝置，根據(jù)晶片的區(qū)域以不同的離子注入能量將離子注入到晶片中。
本發(fā)明還提供一種離子注入方法，根據(jù)晶片的區(qū)域以不同的離子注入能量將離子注入到晶片中。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，離子注入裝置包括產(chǎn)生離子束的離子束源；布置在離子束路徑上的注入能量控制器，用于控制離子束的離子注入能量，從而為第一時間周期產(chǎn)生具有第一注入能量的離子束，為第二時間周期產(chǎn)生具有第二注入能量的離子束；加速離子束的束道(beam line)；以及終端站，其安裝有晶片，由束道加速的離子束注入到晶片上，并且該終端站沿垂直于離子束入射方向的方向移動晶片，從而具有第一注入能量的離子束注入到晶片的第一區(qū)域中，具有第二注入能量的離子束注入到晶片的第二區(qū)域中。
在一些實施例中，第一注入能量較低。第二注入能量較高。
注入能量控制器可以包含沿離子束路徑布置的多個束離子束發(fā)生器(bundle ion beam generator)，每個發(fā)生器包括在離子束路徑上排列的電極和用于開啟和關(guān)閉電極的諧振器。
對于第一時間周期可以開啟多個束離子束發(fā)生器中的較少數(shù)，對于第二時間周期可以開啟多個束離子束發(fā)生器中的較多數(shù)。
諧振器可以通過對電極順序地施加正偏置電流和負偏置電流而開啟電極。
終端站包括當離子束注入到晶片中時旋轉(zhuǎn)晶片的晶片支架。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，離子注入裝置包括產(chǎn)生離子束的離子束源；加速離子束的注入能量控制器，布置在所加速的離子束的路徑上，控制離子束的離子注入能量，從而為第一時間周期產(chǎn)生具有第一注入能量的離子束，為第二時間周期產(chǎn)生具有第二注入能量的離子束；以及終端站，安裝有離子束注入的晶片，由注入能量控制器控制所述離子束的離子注入能量，并且該終端站沿垂直于離子束入射方向的方向移動晶片，從而具有第一注入能量的離子束注入到晶片的第一區(qū)域中，具有第二注入能量的離子束注入到晶片的第二區(qū)域中。
終端站包括當離子束注入到晶片中時旋轉(zhuǎn)晶片的晶片支架。
根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例，離子注入方法包括控制離子束的離子注入能量，從而為第一時間周期產(chǎn)生具有第一注入能量的離子束，為第二時間周期產(chǎn)生具有第二注入能量的離子束；以及當離子束注入到晶片中時，在晶片沿垂直于離子束入射方向的方向移動的條件下將離子注入到布置在離子束路徑上的晶片中，從而具有第一注入能量的離子束注入到晶片的第一區(qū)域中，具有第二注入能量的離子束注入到晶片的第二區(qū)域中。
離子注入方法還包括在離子注入期間旋轉(zhuǎn)晶片。
離子注入能量的控制包含沿離子束路徑布置多個束離子束發(fā)生器，每個發(fā)生器包括電極和用于開啟和關(guān)閉電極的諧振器；以及在第一時間開啟多個束離子束發(fā)生器中的較少數(shù)，在第二時間開啟多個束離子束發(fā)生器中的較多數(shù)。


通過以下結(jié)合附圖的詳細說明，將更清楚地理解本發(fā)明，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的離子注入裝置的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的離子注入裝置的示意圖；圖3是說明圖1和2的注入能量控制器的結(jié)構(gòu)與操作的圖；圖4和5是說明圖3的注入能量控制器的一個束離子束發(fā)生器的操作的圖；圖6和7是說明使用圖3的束離子束發(fā)生器形成一束離子束的方法的圖；圖8到10是說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的離子注入方法的圖；以及圖11和12是說明在使用根據(jù)本發(fā)明的實施例的離子注入方法注入離子的晶片中離子注入能量的分配的圖。
具體實施例方式
參考附圖詳細介紹本發(fā)明的實施例?？梢圆煌匦薷谋景l(fā)明的實施例，并且本發(fā)明的范圍和精神不由實施例來限定。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的離子注入裝置的示意圖。
參考圖1，本實施例的離子注入裝置包括離子束源110、注入能量控制器120、束道130和終端站140。離子束源110產(chǎn)生離子束，并且離子束沿著射束路徑100傳播。注入能量控制器120布置在射束路徑100上，并且控制束源110產(chǎn)生的離子束的離子注入能量。例如，注入能量控制器120為第一時間周期產(chǎn)生和發(fā)出具有第一注入能量的離子束，為第二時間周期產(chǎn)生和發(fā)出具有第二注入能量的離子束。在一些實施例中，第一注入能量較低。在一些實施例中，第二注入能量較高。束道130加速離子束，其離子注入能量是受控制的。終端站140是在其上安裝了晶片150的區(qū)域，包括支撐晶片150的晶片支架(未示出)。晶片支架沿垂直于離子束注入方向的方向移動晶片150，如箭頭141所示。晶片支架移動晶片150的速度與注入能量控制器120的操作有關(guān)。更具體地，適當?shù)乜刂凭Ъ芤苿泳?50的速度，從而具有第一注入能量的離子束注入到晶片的第一區(qū)域中，具有第二注入能量的離子束注入到晶片的第二區(qū)域中。如有必要，晶片支架可以旋轉(zhuǎn)晶片150。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的離子注入裝置的示意圖。在圖2中基本上與圖1中相同的部分即使在不同的附圖中也由相同的標號表示。
參考圖2，本實施例的離子注入裝置與以前的實施例的離子注入裝置的不同之處在于注入能量控制器120布置在束道130與終端站140之間。由此，由束源110產(chǎn)生的離子束由束道130加速，并且入射到注入能量控制器120。注入能量控制器120在發(fā)出離子束以前控制入射離子束的離子注入能量。例如，注入能量控制器120為第一時間周期發(fā)出具有較低的第一注入能量的離子束，為第二時間周期發(fā)出具有較高的第二注入能量的離子束?？刂齐x子注入能量的離子束注入到終端站140上的晶片150中。在本實施例中，支撐晶片150的終端站140的晶片支架還沿垂直于離子束注入方向的方向移動晶片150，如箭頭141所示。如有必要，晶片支架可以旋轉(zhuǎn)晶片150。
根據(jù)未在附圖中示出的本發(fā)明的又一個實施例，注入能量控制器120可以布置在束道130中。除在束道130中執(zhí)行離子束的離子注入能量的控制操作以外，本實施例的注入能量控制器120的操作與第一和第二實施例相同。
圖3是說明圖1和2的注入能量控制器的結(jié)構(gòu)與操作的圖。
參考圖3，注入能量控制器120包括布置在射束路徑100上的多個束離子束發(fā)生器(120a、120b、120c、...、120n-1和120n)。每個束離子束發(fā)生器包括布置在射束路徑100上的電極121和開啟和關(guān)閉電極121的諧振器122。當由諧振器122開啟電極121時，正偏置電流和負偏置電流由諧振器122的諧振信號順序地加到電極121上。然后，具有一束離子的束離子束(abundle ion beam)產(chǎn)生，并穿過電極121。所述束離子束具有增加的重量并因此具有增加的加速度，由此增加離子注入能量。另一方面，當利用諧振器122關(guān)掉電極121時，不另外產(chǎn)生束離子束，因此束離子束的重量不改變。因此，離子注入能量不變。
在下文中，將介紹使用上述原理控制離子束的離子注入能量的過程。
首先，在第一時間周期期間，當注入能量控制器120產(chǎn)生并發(fā)出具有較低的第一注入能量的離子束時，開啟較少數(shù)量的束離子束發(fā)生器，關(guān)閉其余的束離子束發(fā)生器。根據(jù)需要，穿過注入能量控制器120的束離子束具有較低的注入能量。作為環(huán)境要求，當關(guān)閉所有的束離子束發(fā)生器(120a、120b、120c、...120n-1)時，不增加離子注入能量的離子束穿過注入能量控制器120。當進行離子注入，從而產(chǎn)生具有較低注入能量的束離子束時，得到的雜質(zhì)區(qū)域具有較淺的結(jié)深。
另一方面，在第二時間周期期間，當注入能量控制器120產(chǎn)生并發(fā)出具有較高的第二注入能量的離子束時，開啟較多數(shù)量的束離子束發(fā)生器，關(guān)閉其余的束離子束發(fā)生器。在這種情況下，穿過注入能量控制器120的束離子束具有較高的注入能量。根據(jù)需要，當開啟所有的束離子束發(fā)生器(120a、120b、120c、...120n-1)時，最大化離子注入能量的離子束產(chǎn)生并穿過注入能量控制器120。當進行離子注入，從而產(chǎn)生具有較高注入能量的束離子束時，得到的雜質(zhì)區(qū)域具有較深的結(jié)深。
圖4和5是說明圖3的注入能量控制器的一個束離子束發(fā)生器的操作的圖。
首先，參考圖4，當諧振器122關(guān)閉電極121時，而是較稀疏地分布的離子300的離子束101穿過注入能量控制器120。另一方面，參考圖5，當諧振器122開啟電極121時，束離子束(the bundle ion beam)102產(chǎn)生并穿過注入能量控制器120，在所述束離子束102中離子300較密集地分布。
圖6和7是說明使用圖3的束離子束發(fā)生器形成束離子束的方法的圖。
首先，參考圖6，當初始的離子束101入射到束離子束發(fā)生器時，諧振器122對電極121施加正偏置電流。在一些實施例中，諧振器122是RLC諧振器。諧振器122根據(jù)由電容器的電容量確定的指定頻率順序地對電極121施加正偏置電流和負偏置電流。當正偏置電流加到電極121上時，在初始的離子束101與電極121的正離子300之間產(chǎn)生排斥力。由于排斥力，初始的離子束101不能穿過電極121，初始的離子束101的離子300積聚在電極121的前端。由此，產(chǎn)生離子30b較密集地分布的束離子束102。
接著，參考圖7，在產(chǎn)生了具有合適密度的束離子束102之后，諧振器122對電極121施加負偏置電流。如上所述，諧振器122的諧振操作將負偏置電流加到電極121上。當負偏置電流加到電極121上時，在束離子束102與電極121之間產(chǎn)生吸引力。束離子束102被吸引力吸引到電極121的后端，并穿過束離子束發(fā)生器。
圖8到10是說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的離子注入方法的圖。
首先，如圖8所示，晶片150被分成第一區(qū)域150a、第二區(qū)域150b和第三區(qū)域150c，從而離子以不同的注入能量注入到第一、第二、和第三區(qū)域150a、150b和150c中。這里，為了進行離子注入，從而離子以較高的注入能量注入到晶片150的第一區(qū)域150a和第三區(qū)域150c中，并且以較低的注入能量注入到晶片150的第二區(qū)域150b中，注入能量控制器120產(chǎn)生具有較高注入能量的離子束102，并且具有較高注入能量的離子束102注入到晶片150的第一區(qū)域150a中。
其后，如圖9所示，晶片150沿垂直于離子束入射方向的方向(參考箭頭401)移動。控制晶片150的移動速度，從而晶片150完成移動對應(yīng)于注入能量控制器120產(chǎn)生具有較低注入能量的離子束101的時刻。然后，具有較低注入能量的離子束101注入到晶片150的第二區(qū)域150b中。其后，如圖10所示，當注入能量控制器120再次產(chǎn)生具有較高注入能量的離子束102時，晶片150沿垂直于離子束入射方向的方向(參考箭頭401)移動，并且具有較高注入能量的離子束102注入到晶片150的第三區(qū)域150c中。
圖11和12是說明在使用根據(jù)本發(fā)明的實施例的離子注入方法注入離子的晶片中離子注入能量的分配的圖。
首先，參考圖11，當在控制離子注入能量的條件下進行離子注入時，如圖8到10所示，離子以較高的注入能量(H)注入到位于晶片150的上下部分的第一區(qū)域150a和第三區(qū)域150c中，并且離子以較低的注入能量(L)注入到位于晶片150的中央部分的第二區(qū)域150b中。在替代實施例中，應(yīng)當理解，區(qū)域150a-150c可以用不同的注入能量注入。例如，第一區(qū)域150a可以用較低的注入能量注入，第二區(qū)域150b可以用較高的注入能量注入，第三區(qū)域150c可以用較低的注入能量注入。
另一方面，參考圖12，進行離子注入，從而離子以不同的注入能量注入到晶片150的中央?yún)^(qū)域150d和邊緣區(qū)域150e中。在這種情況下，當進行離子注入時，如圖8到10所示，晶片150是旋轉(zhuǎn)的。即，當在晶片150在離子以較高的注入能量(H)注入到晶片150的上下部分中的條件下旋轉(zhuǎn)時，如圖8和10所示，離子以較高的注入能量(H)注入到晶片150的邊緣區(qū)域150e中。其后，當在晶片150在離子以較低的注入能量(L)注入到晶片150的中央部分中的條件下旋轉(zhuǎn)時，如圖9所示，離子以較低的注入能量(L)注入到晶片150的中央?yún)^(qū)域150d中。在替代實施例中，應(yīng)當理解，區(qū)域150d可以用較高的注入能量注入，區(qū)域150e可以用較低的注入能量注入。
由上述介紹所顯現(xiàn)的，本發(fā)明提供了一種離子注入裝置和得到不均勻注入能量的方法，其中對于一個指定時間具有較低注入能量的離子束穿過裝置，對于另一個指定具有較高注入能量的離子束穿過裝置，從而具有較低注入能量的離子束注入到晶片的第一區(qū)域中，具有較高注入能量的離子束注入到晶片的第二區(qū)域中，由此補償在隨后的工藝中閾值電壓的變化，以允許晶片具有均勻的閾值電壓特性。尤其是，當通過增減注入離子的劑量不容易控制器件的特性時，本發(fā)明的離子注入裝置和方法可以實現(xiàn)器件特性的控制。
雖然已經(jīng)公開了本發(fā)明的實施例用于說明性的目的，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當理解，在沒有脫離本發(fā)明的權(quán)利要求書所公開的本發(fā)明的范圍和精神的情況下進行多種改進、添加和置換是可能的。
權(quán)利要求
1.一種離子注入裝置，包括產(chǎn)生離子束的離子束源；布置在離子束路徑上的注入能量控制器，其控制離子束的離子注入能量，從而為第一時間周期產(chǎn)生具有第一注入能量的離子束，為第二時間周期產(chǎn)生具有第二注入能量的離子束；加速離子束的束道；以及終端站，其安裝有襯底，以使由所述束道加速的離子束能夠注入到所述襯底上，并且沿垂直于離子束入射方向的方向移動所述襯底，從而具有所述第一注入能量的離子束注入到所述襯底的第一區(qū)域中，具有所述第二注入能量的離子束注入到所述襯底的第二區(qū)域中。
2.如權(quán)利要求1中所述的離子注入裝置，其中所述注入能量控制器包括沿離子束路徑布置的多個束離子束發(fā)生器，每個所述發(fā)生器包括布置在離子束路徑上的電極和用于開啟和關(guān)閉所述電極的諧振器。
3.如權(quán)利要求2中所述的離子注入裝置，其中對于所述第一時間周期可以開啟所述多個束離子束發(fā)生器中的較少數(shù)，對于所述第二時間周期可以開啟所述多個束離子束發(fā)生器中的較多數(shù)。
4.如權(quán)利要求2中所述的離子注入裝置，其中所述諧振器通過對所述電極順序地施加正偏置電流和負偏置電流面開啟所述電極。
5.如權(quán)利要求1中所述的離子注入裝置，其中所述終端站包括當離子束注入到所述襯底中時旋轉(zhuǎn)所述襯底的襯底支架。
6.一種離子注入裝置，包括產(chǎn)生離子束的離子束源；注入能量控制器，用于加速離子束并且布置在所加速的離子束的路徑上，所述注入能量控制器構(gòu)成為控制離子束的離子注入能量，從而為第一時間周期產(chǎn)生具有第一注入能量的離子束，為第二時間周期產(chǎn)生具有第二注入能量的離子束，所述第一注入能量低于所述第二注入能量；以及終端站，其安裝有離子束注入的襯底，由所述注入能量控制器控制所述離子束的離子注入能量，并且所述終端站沿垂直于離子束入射方向的方向移動所述襯底，從而具有所述第一注入能量的離子束注入到所述襯底的第一區(qū)域中，具有所述第二注入能量的離子束注入到所述襯底的第二區(qū)域中。
7.如權(quán)利要求6中所述的離子注入裝置，其中所述終端站包括當離子束注入到所述襯底中時旋轉(zhuǎn)所述襯底的襯底支架。
8.一種離子注入方法，包括控制離子束的離子注入能量，從而為第一時間周期產(chǎn)生具有第一注入能量的離子束，為第二時間周期產(chǎn)生具有第二注入能量的離子束；以及當離子束注入到襯底中時，在所述襯底沿垂直于離子束入射方向的方向移動的條件下將離子注入到布置在離子束路徑上的所述襯底中，從而具有所述第一注入能量的離子束注入到所述襯底的第一區(qū)域中，具有所述第二注入能量的離子束注入到所述襯底的第二區(qū)域中。
9.如權(quán)利要求8中所述的離子注入方法，其中還包括在所述離子注入期間旋轉(zhuǎn)所述襯底。
10.如權(quán)利要求8中所述的離子注入方法，其中所述離子注入能量的控制包括沿離子束路徑布置多個束離子束發(fā)生器，每個所述發(fā)生器包括電極和用于開啟和關(guān)閉所述電極的諧振器；以及為所述第一時間周期開啟所述多個束離子束發(fā)生器中的較少數(shù)，為所述第二時間周期開啟所述多個束離子束發(fā)生器中的較多數(shù)。
11.如權(quán)利要求10中所述的離子注入方法，其中還包括當離子注入所述襯底中時旋轉(zhuǎn)所述襯底。
全文摘要
一種離子注入裝置，包括產(chǎn)生離子束的離子束源；布置在離子束路徑上的注入能量控制器用于控制離子束的離子注入能量，從而為第一時間周期產(chǎn)生具有第一注入能量的離子束，為第二時間周期產(chǎn)生具有第二注入能量的離子束；加速離子束的束道；以及安裝有襯底的終端站，由束道加速的離子束注入到襯底上。
文檔編號C30B31/00GK101064234SQ20061012850
公開日2007年10月31日 申請日期2006年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月28日
發(fā)明者盧俓奉, 秦丞佑, 李民鏞, 鄭鏞洙 申請人:海力士半導(dǎo)體有限公司