低温离子布植技术制造技术

一种低温离子布植技术。在一特定较佳实施例中，所述技术可表现为低温离子布植装置。该装置可包含预冷站。预冷站靠近离子布植机中的终端站。该装置也可包含位于预冷站内的冷却机构。该装置可更包括与预冷站和终端站相连接的装载组件。所述装置可另包括控制器。控制器与装载组件及冷却机构通信，藉以将晶圆载入预冷站、使晶圆冷却到预定温度范围以及将冷却后的晶圆载入终端站。在终端站中，对冷却后的晶圆进行离子布植制造工艺。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种半导体制造技术，更涉及一种低温离子布植技术。
技术介绍
随着半导体元件日趋小型化，人们对超浅接面(ultra-shallow junction)的需求也日益增强。例如，为满足对现代互补金属氧化物半导体 (complementary metal-oxide-semiconductor, CM0S)元件的需求,人们大 力创造更加活化、更浅层以及更陡峭的源/漏极延伸接面(source-drain extension junction)。举例来说，要在晶体硅晶圆中创造一个陡峭超浅接面，需要使晶圓表 面非晶化。通常，优先采用相对较厚的非晶硅层，因为使用薄的非晶硅层会 导致非晶硅层中出现较多的大的隧穿(channe 1 ing)和较少的掺杂原子，且 会致使较多的间隙(interstitial)驻留在非晶态一晶态交界面以外的末端 区域中。由此，较薄的非晶硅层会导致较深的接面深、较不陡峭的掺杂分 布、掺质活化不充分且在退火后引起较多的末端缺陷(end-of-range defect)。所有这些都是现代互补金属氧化物半导体(CMOS)元件小型化过程 中的主要障碍，源/漏极延伸掺杂尤其如此。研究发现，在离子布植过程中采用较低的晶圆温度有利于硅晶圆非晶 化。在当前的离子布植应用中，通常会在布植过程中采用冷却器(chi 1 ler) 通过气体辅助制造工艺(gas-assisted process)使晶圓冷却。 一般来说，上 述冷却技术会将晶圓温度控制在冷却器温度(如，15°C)和为保持光阻完整 性而采用的上限温度(如，IO(TC)之间。如此高温会增强自退火效应 (self-annealing effect),即，点缺陷对(Frenkel pairs)(由离子束轰击 产生的i真隙空4立〗禺(vacancy-interstitial pairs))湮灭。由于《又当大量石圭 原子被束离子移开时才会发生硅非晶化，因此高温下点缺陷对湮灭增强会 对亟需的非晶化过程产生不利影响，结果导致非晶化剂量阈值(dose t h r e s ho 1 d)偏高，而理想的浅4妻面减少。在其他参数相同的情况下，非晶硅层的厚度会随因自身退火效应减弱 所致布植温度的下降而增加。非晶层较厚时，尾部隧穿(tail channeling) 会较小。更多的由束离子引起的损坏被限制在非晶区内，而紧靠非晶态-晶 态交界面外侧的晶态区中损坏较少。此外，在随后的退火过程中，由于固 相磊晶过程(sol id-phase epitaxy process)使替代位置上出现更多的掺质，因此可得到更好的活化效果。除较厚非晶硅层带来的好处外，在低温下实施离子布植还可将点缺陷 对在布植过程中的移动降到最低。因此，同高温布植情况相比，伸入非晶 态-晶态交界面外区域的点缺陷对相对较少。大多数点缺陷对会在固相磊晶 过程中逐渐回到晶格中，不会导致过多的间隙产生而引起瞬间增强扩散或 形成扩展缺陷。过量间隙越少，源/漏极延伸掺杂对通道的影响越小，或是环形掺杂(halo doping)影响就越小。伸入通道的间隙越少、或是伸入通道 区的环形掺质越少，负偶合(如，逆短通道效应)也就越小。因而，就可以 更好地控制制造工艺，获得元件的预期性能。通常采用快速加热退火加热晶圓(如，在5秒钟内加热至IOO(TC)来活 化植入的掺质。无扩散退火(diffusion-less anneal)日渐成为人们青睐的 布植后制造工艺(post-implant process),其中激光作为热源可使晶圆温 度上升速度更快(如，在5毫秒内上升至IOO(TC)。这些超快速热处理作用 如此之快，以致掺质来不及大范围地扩散，但也没有太多时间对植入损坏 进行修复。相信低温离子布植可提高上述无扩散退火过程中的植入损坏修 复程度。此外，优选低温离子布植也还有其他方面的原因。尽管采用了低温离子布植，但现有方法还是存在许多缺陷。首先，现 有的大多数低温离子布植技术都是开发用于批量晶圆(batch-wafer)离子 布植机的，而目前半导体产业的趋势更看好单晶圆(single-wafer)离子布 植机。批量晶圓离子布植机主要对一个真空箱中的多个晶圆(成批)进行处 理。若干冷却晶圆同时放在同一个真空箱中(通常时间更长)需要具有超强 的现场(in-situ)冷却能力。对整批晶圆进行预冷并非易事，因为各晶圆在 等待被植入时会经历不同的温升。而且，真空箱暴露于低温晶圆会导致残 留水分结冰。其次，几乎现有的所有低温离子布植机都是在离子布植过程中直接冷 却晶圆。除在制造工艺反应室中引起结冰问题外，直接冷却需要将冷却元件 (如，冷却剂输送管道、热泵和额外的电力配线)并入晶圓平台(wafer platen) 中。 一般说来，现代晶圆平台已经相当精密，很难进行改造。因此，改造 现有的离子布植机或设计新的离子布植机来适应低温制造工艺会因成本过 高使人望而止步，只能设法做些边际改进。而且，为了低温离子布植而改 造晶圆平台还会对离子布植机的室温离子布植能力造成不利影响。此外，现 场冷却常常会严重减緩整个离子布植制造工艺，导致产量降低。鉴于上述原因，需要一种能克服上述不足和缺点的低温离子布植解决 方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是揭露一种低温离子布植技术。在一种特定较佳实施例 情况下，所述技术可以实现为一种低温离子布植装置。该装置可包含预冷站(pre-chill station)。预冷站靠近离子布植机中的终端站(end station)。该装置也可包含位于预冷站内的冷却机构。该装置可更包括与 预冷站和端站相连接的装载组件(loading assembly)。此外，所述装置可 另包括与装载组件及冷却机构通信的控制器，藉以将晶圓载入预冷站、使 晶圆冷却到预定温度范围以及将冷却后的晶圓载入终端站。在终端站中，对 冷却后的晶圆进行离子布植制造工艺。在本特定较佳实施例的其他实施方式中，预冷站内含第 一真空空间，且 所述终端站内含第二真空空间，两个真空空间相互独立。在本特定较佳实施例的更多实施方式中，离子布植机为单晶圆离子布 植机，在所述终端站内一次处理一个晶圓。在本特定较佳实施例的补充实施方式中，控制器还可用以使装载组件在离子布植制造工艺完成后立即将晶圆从终端站移出。在本特定较佳实施例的一种实施方式中，终端站包括一个平台 (platen)，该平台在离子布植制造工艺中用于固定晶圆，且晶圆实质上与平 台呈绝热状态。平台包括多个支撑晶圆的台面结构(mesa structures),使 得平台和晶圓间的总接触面积实质上比晶圆表面小。此外，平台可便于晶圆的倾斜和旋转。在本特定较佳实施例的又一种实施方式中，预冷站包括一个固定平台 (fixed platen),可在冷却时将晶圓固定住。固定平台包含升降元件，可 供装载组件用以装卸晶圆。在本特定较佳实施例的又一种实施方式中，晶圓被附着在一个物体上，以获得更大的热质量，以使晶圆在离子布植制造工艺中受到较小的温升。该 物体是一个承板，其重量大于晶圆。晶圆被附着于承板上，并低于二氧化 碳的升华温度，其中承板至少要包含一个嵌入的热感应器。承板中有嵌入 的冷却/加热才几构。在本特定较佳实施例的又一种实施方式中，离子布植制造工艺为等本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温离子布植装置，包括：　预冷站，靠近离子布植机的终端站；　冷却机构，位于所述预冷站内；　装载组件，与所述预冷站和所述终端站相连；以及　控制器，与所述装载组件及所述冷却机构通信，藉以调节将晶圆载入所述预冷站、使所述晶圆冷却到预定温度范围以及将冷却后的所述晶圆载入所述终端站，在所述终端站中冷却后的所述晶圆接受离子布植制造工艺。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-8-15 11/504,3671. 一种低温离子布植装置，包括预冷站，靠近离子布植机的终端站；冷却机构，位于所述预冷站内；装载组件，与所述预冷站和所述终端站相连；以及控制器，与所述装载组件及所述冷却机构通信，藉以调节将晶圆载入所述预冷站、使所述晶圆冷却到预定温度范围以及将冷却后的所述晶圆载入所述终端站，在所述终端站中冷却后的所述晶圆接受离子布植制造工艺。2. 根据权利要求1所述的低温离子布植装置，其中所述预冷站内含第 一真空空间，且所述终端站内含第二真空空间，所述第一真空空间与所述 第二真空空间相互独立。3. 根据权利要求1所述的低温离子布植装置，其中所述离子布植机为 单晶圆离子布植机，在所述终端站内 一次处理一个所述晶圓。4. 根据权利要求1所述的低温离子布植装置，其中所述控制器更包括 使所述装载组件在所述离子布植制造工艺完成后立即将所述晶圆从所述终 端站移出。5. 根据权利要求1所述的低温离子布植装置，其中所述终端站包括平 台，所述平台在所述离子布植制造工艺中用于固定所述晶圆，且其中所述 晶圆实质上与所述平台呈绝热状态。6. 根据权利要求5所述的低温离子布植装置，其中所述平台包括支撑 所述晶圆的多个台面结构，使得所述平台和所述晶圓间的总接触面积实质 上比所述晶圓表面小。7. 根据权利要求5所述的低温离子布植装置，其中所述平台便于所述 晶圆的倾斜和旋转。8. 根据权利要求1所述的低温离子布植装置，其中所述预冷站包括固 定平台，可在冷却时将所述晶圆固定住。9. 根据权利要求8所述的低温离子布植装置，其中所述固定平台包含 升降元件，可供所述装载组件用以装卸所述晶圓。10. 根据权利要求1所述的低温离子布植装置，其中所述晶圆被附着在 物体上，以获得更大的热质量，以使所述晶圆在所述离子布植制造工艺中 受到较小的温升。11. 根据权利要求10所述的低温离子布植装置，其中所述物体为比所 述晶圆重的承板。12. 根据权利要求11所述的低温离子布植装置，其中所述晶圆被附着 于具有二氧化碳的所述承板上，并低于二氧化碳的升华温度。13. 根据权利要求11所述的低温离子布植装置，其中所述承板包括有 至少一个热感应器，所述热感应器嵌在所述承板中。14. 根据权利要求11所述的低温离子布植装置，其中所述承板嵌有冷 却/力o热才几构。15. 根据权利要求1所述的低温离子布植装置，其中所述离子布植制造 工艺为等离子体掺杂制造工艺的一部分。16. 根据权利要求1所述的低温离子布植装置，其中所述冷却机构冷却 所述晶圆采用的一项或多项技术选自由气冷、冷却剂循环、冷却剂相变、帕 尔贴热传以及内置式低温泵所构成的族群。17. 根据权利要求1所述的低温离子布植装置，其中预计由所述离子布 植制造工艺所导致的所述晶圆的温升量，且其中所述控制器进一步经配置 以使所述晶圆至少部分在预计的所述温升量的基础上得以冷却，以避免所 述晶圆在所述离子布植制造工艺中过热。18. 根据权利要求1所述的低温离子布植装置，其中所述预冷站为与所 述终端站相连的真空预备室的一部分。19. 根据权利要求1所述的低温离子布植装置，其中所述预冷站和所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔纳森吉罗德英格兰，史帝文R沃特，理查S默卡，朱利安布雷克，保罗J墨菲，瑞尔B利伯特，
申请(专利权)人：瓦里安半导体设备公司，
类型：发明
国别省市：US[]