通过植入掺杂材料制造ＣＭＯＳ器件的方法技术

本发明专利技术揭示一种用于将簇离子植入半导体衬底中以进行半导体器件制造的离子植入系统（１０），并揭示一种制造一半导体器件的方法。其中为在ＣＭＯＳ器件中形成晶体管，植入Ｎ－型及Ｐ－型掺杂剂簇。举例而言，在植入期间分别使用Ａｓ↓［４］Ｈ↓［ｘ］↑［＋］簇与Ｂ↓［１０］Ｈ↓［ｘ］或Ｂ↓［１０］Ｈ↓［ｘ］↑［＋］簇作为Ａｓ及Ｂ掺杂的掺杂源。本发明专利技术揭示一种用于将簇离子植入半导体衬底中以进行半导体器件制造的离子植入系统（１０）。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种离子植入系统及一种半导体制造方法，其用于植入由N-型 掺杂剂簇离子的簇构成的离子束以及带负电荷的簇离子束。
技术介绍
域。所选杂质元素应与半导体材料适当结合形成电载流子并改变半导体材料的 导电率。其中，电载流子既可为电子(由N-型掺杂剂产生)亦可为空穴(由P-型掺杂剂产生)。所引入掺杂剂杂质的浓度会决定由此得到的区域的导电性。为 形成晶体管结构、绝缘结构及其他此等电子结构(其统统用作半导体器件)，必 须形成许多此等N-型及P-型杂质区域。用于将掺杂剂引入半导体衬底中的传统方法是通过离子植入。在离子植入 中，是将一含有所需元素的进料引入一 离子源中并引入能量将该进料离子化， 从而形成含有掺杂剂元素(例如元素As， B, 115In, P，或mSb)的离子。然 后，提供一加速电池来提取并使通常带正电荷的离子加速，从而形成离子束。 然后，如所属
中所习知，使用质量分析来选取欲植入的物质，并将离子束射向一半导体衬底。加速的电场会使离子具有动能，从而使离子能够渗透 入目标中。离子的能量及质量决定了其渗透入目标中的深度，其中离子的能量 愈大及/或质量愈小，其速度即会愈高，因而渗透入目标中愈深。离子植入系统 构造用于精心地控制植入工艺中的关键变量，例如离子束能量、离子束质量、 离子束电流(每单位时间中的电荷)、及在目标处的离子剂量(渗透入目标中每 单位面积的总离子数)。此外，为保持半导体器件的成品率，还必须控制离子束 角散度(离子撞击衬底的角度的变化)及离子束空间均勻性及范围。近来，人们发现植入负离子会优于植入正离子，举例而言，参见D. C. Jacobson, Konstantin Bourdelle， H-J. Gossmann， M. Sosnowski， M. A. Albano, V. Babaram, J. M. Poate, Aditya Agarwal， Alex Perel及Tom Horsky所著的 十硼烷， 一种用于超低能量离子植入的替代方法(Decaborane, an Alternative approach to Ultra Low Energy Ion Implantation) ( 2000年在 奥地利Alpsbach举行的IEEE第XIII届国际离子植入技术会议会刊)；N. Kishimoto等人所著的一种大电流负离子植入机及其对在绝缘体中制造纳米晶 体的应用(A High-Current Negative-Ion Implanter and its Application for: Nanocrystal Fabrication in Insulators )，，( 1998年6月22—26日在日本Kyoto 举行的IEEE第XII届国际离子植入技术会议会刊，(1999 )342-345 ); N. Tsubouchi 等人所著的质量分离的低能正离子及负离子沉积装置的离子束表征(Beam Characterization of Mass-Separated, Low-Energy Positive and Negative Ions Deposition Apparatus )，， ( 1998年6月22—26日在日本Kyoto举4亍的IEEE 第XII届国际离子植入技术会议会刊，(1999 ) 350-353 );及J認o Ishikawa等 人所著的负离子植入技术(Negative-Ion Implantation Technique )，，( Physics Research B 96 (1995) 7-12中的核仪器及方法(Nuclear Instruments and Methods ))。负离子植入的一个极为重要的优点是会降低在CMOS制造中由离子 植入引起的VLSI器件的表面充电。 一般而言，正离子的大电流(处于lmA或更 大的数量级)植入会在门极氧化层及半导体器件的其他组件上产生正电位，该 种正电位可很容易地超过门极氧化层的损坏阈值。当一正离子撞击半导体器件 的表面时，其不仅会电积一净的正电荷，而且还同时解放二次电子，从而使电 荷效应倍增。因此，离子植入系统的设备经销商已开发出一种用于在植入过程中将低能电子引入带正电荷的离子束内及器件圓片表面上的精密的电荷控制装 置，即所谓的淹没式电子枪。此种淹没式电子系统会在制造工艺中引入其他变 量，且无法彻底消除因表面充电而引起的成品率损失。随着半导体器件变得愈 来愈小，晶体管的工作电压及门极氧化层厚度也变得愈来愈小，从而会降低半 导体器件制造中的损坏阈值，致使成品率随之降低。因此，对于许多前言工艺 而言，负离子植入会在成品率方面较传统的正离子植入有潜在的明显改良。遗 憾的是，此种技术在市面上尚未有售，且事实上，就作者所知，目前负离子植 入尚未用于制造集成电路，甚至尚未用于研究及开发。现有技术负离子源是依赖于所谓的负吸附性溅射耙。其中是将一重的惰性气体(例如氮)馈送入一等离子源，由该等离子源形成Xe+离子。Xe+离子在形成 后即刻被吸至一承受负偏压的溅射靶，该溅射靶已涂覆有铯蒸气或其他适当的 碱性材料。高能Xe+离子会溅射掉中性的靶原子，由于铯涂层具有负电子吸附性， 因而某些中性的靶原子会在离开靶表面时拾取一个电子。 一旦带上负电荷，靶 离子即会被推斥远离靶，并可由静电离子光学装置自离子源收集并会聚成一负 离子束。尽管可使用此种方法产生半导体掺杂剂离子(例如硼)，然而，离子电 流往往偏低，离子束出射度往往偏大，且铯蒸气的存在会对圆片成品率造成令 人无法接受的风险，这是因为碱性金属被认为会严重污染硅的处理。因此，需 要具有一种在商业上更为可行的负离子源技术。在半导体制造工艺中尤其关心在半导体衬底内形成P-N结。此要求形成相 邻的N-型及P-型掺杂区域。 一个形成一结的一般性实例是将N-型掺杂剂植入一 已含有一均匀分布的P-型掺杂剂的半导体区域内。在此一情形中， 一重要参数 是结深度，其定义为自N-型与P-型掺杂剂具有相等浓度的半导体表面开始的深 度。该结深度主要取决于所植入掺杂剂的质量、能量及剂量。现代半导体技术的一个重要方面是不断地向更小、更快的器件演化。该过程称作按比例缩小(scaling )。按比例缩小是受到微影工艺的不断改良进步的 推动，微影工艺的不断改良进步使人们能够在含有集成电路的半导体衬底中界 定出越来越小的形体。目前已形成了一种广为接受的按比例缩小理论用来指导 芯片制造商适当地同时(即在每一技术节点或按比例缩小节点处)改变半导体 器件设计中所有方面的尺寸。按比例缩小技术对离子植入工艺的最大影响是结深度按比例缩小，此要求随着器件尺寸的减小而使结日益变浅。使结随着集成电路技术按比例缩小而日益变浅这一要求可表现为如下要求在每一按比例缩小步骤中均必须降低离子植入能量。近来，许多关键植入所需的离子能量已降低到了如下程度最初开发用于产生能量高得多的离子束的传统离子植入系统 已无法有效地提供所需植入。这些极浅的结称作超浅结(Ultra-Shallow Junctions )，，或USJ。在自离子源提取离子及随后穿过植入机的离子束线输运离子时，传统离子 植入系统在低离子束能量情况下的局限性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将掺杂剂材料植入一衬底内的方法，该方法包括如下步骤：产生Ｐ↓［ｎ］Ｈ↓［ｘ］↑［＋］形式的Ｎ－型簇离子，其中ｎ和ｘ为整数，且ｎ处于２＜ｎ＜４，ｘ处于０＜ｘ＜６的范围内；自一第二分子物质产生Ｐ－型簇离子；将所述Ｎ－型簇离子植入一衬底上的一第一区域内；及将所述Ｐ－型簇离子植入所述衬底上的一第二区域内。

【技术特征摘要】
US 2002-6-26 60/391,847;US 2002-6-26 60/392,271;US1、一种将掺杂剂材料植入一衬底内的方法，该方法包括如下步骤产生PnHx+形式的N-型簇离子，其中n和x为整数，且n处于2＜n＜4，x处于0＜x＜6的范围内；自一第二分子物质产生P-型簇离子；将所述N-型簇离子植入一衬底上的一第一区域内；及将所述P-型簇离子植入所述衬底上的一第二区域内。2、 如权利要求1所述的方法，其中自一第一分子物质产生N-型簇离子的步 骤包括自磷化氢(PH3)气体产生所述N-型簇离子。3、 如权利要求1所述的方法，其中自一第一分子物质产生N-型簇离子的步 骤包括自元素磷的蒸气P产生所述N-型簇离子。4、 如权利要求2所述的方法，其中自一第一分子物质产生N-型簇离子的步 骤包括产生P/簇离子。5、 如权利要求3所述的方法，其中自一第一分子物质产生N-型簇离子的步 骤包括产生P/簇离子。6、 如权利要求2所述的方法，其中自一第一分子物质产生N-型簇离子的步 骤包括产生P/蔟离子。7、 如权利要求3所述的方法，其中自一第一分子物质产生N-型簇离子的步 骤包括产生P/簇离子。8、 如权利要求2所述的方法，其中自一第一分子物质产生N-型簇离子的步骤包括产生P;蔟离子。9、 如权利要求3所述的方法，其中自一第一分子物质产生N-型簇离子的步骤包括产生P2+蔟离子。10、 如权利要求2所述的方法，其中自一第一分子物质产生N-型簇离子的 步骤包括产生P4C簇离子，其中x为一整数且l&《6。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯N霍尔斯基，达勒C雅各布森，韦德A克鲁尔，
申请(专利权)人：山米奎普公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]