含碳物种的冷植入技术制造技术

本发明专利技术揭示一种含碳物种的冷植入技术。在一例示性实施例中，此技术可以以一种离子注入装置来实现。离子注入装置包括冷却设备以及离子注入机。冷却设备将目标材料冷却至预定温度。离子注入机在预定温度下将含碳物种植入目标材料，以改善张力和非晶化的至少其中之一。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术是有关于一种离子注入，且特别是有关于一种含碳物种的冷植入技术。
技术介绍
离子注入(ion implantation)是一种利用受激离子(energized ion)直接轰击 基板而在基板内沉积化学物种(chemical species)的制程。在半导体制造中，离子注入机 (ion implanter)主要用于掺杂制程(doping process)，以改变目标材料的传导类型和传 导程度。在集成电路(integrated circuit, IC)基板和其薄膜结构中的精确掺杂分布对于 正常的IC效能常常是至关重要的。为了达成所要的掺杂分布，可能以不同的剂量和在不同 的能阶植入一种或多种离子物种。此外，离子注入是将改变电性的杂质引入半导体晶圆中的目前最常见技术。适合 的杂质材料在离子源中被离子化，且产生的离子会被加速而形成具有指定能量的离子束， 而后离子束被导向至半导体晶圆的表面。射束中的高能离子穿过半导体材料的内部且嵌入 半导体材料的晶格中，以形成具有想要传导性的区域。离子注入机典型地包括离子源，以将气态或固态材料转化成定义良好的离子束。 离子束通常会经由质量分析以去除不想要的离子种类，且被加速至想要的能量并导至目标 中。离子束可以藉由射束扫描、藉由目标移动或藉由射束扫描与目标移动的结合而分布于 目标区域。离子束可以是点状束线(spot beam)或具有长范围与短范围的带状束线(ribbon beam)。碳可以作为共植入(co-implant)物种，而与另外的预先非晶化植入 (pre-amorphization implantation, PAI)物种(如锗或硼等)结合。这个概念是将碳放置 在浅掺质(shallow dopant)与由PAI物种造成的末端(end-of-range，E0R)损伤之间。置换 型碳(substitutional carbon)可阻塞退火期间由末端产生的空隙(interstitial)，否则 可能会造成暂态加速扩散(transient enhanced diffusion, TED)以及硼空隙簇集(boron interstitial cluster,BIC)的形成。然而，碳的范围通常与PAI物种的范围重叠，所以碳 掺质本身也会对PAI有贡献。因此，碳也可以用作预非晶化种类。碳也可以用来产生局部压缩应力(localized compressive strain)。因 此，如果电晶体装置中使用SiC形成的源极/汲极，碳植入会在电晶体装置的通道中 造成拉伸应力(tensile strain)。此种情况可以改善η型金属氧化半导体(n-type metal-oxide-semiconductor, NM0S)的性能。将碳加入至电晶体材料的硅晶格中可能需 要使用磊晶成长(印itaxial growth)，或者将高剂量的碳植入至硅晶格中可能会造成非晶 化，而且碳在再成长(regrowth)的过程可能会被并入硅晶格中。因此，对于半导体制造业 者而言，非晶化与应力皆是重要的因素。因此，基于上述，目前的离子注入技术具有重大的问题与缺点，特别是植入含碳物 种的技术。
技术实现思路
本专利技术提出一种含碳物种的冷植入技术。在一例示性实施例中，此技术可以以一 种离子注入的方法来实现。离子注入的方法包括将目标材料冷却至预定温度，以及在预定 温度下，将含碳物种植入目标材料，以改善张力和非晶化(amorphization)的至少其中之ο在本专利技术的一实施例中，上述的目标材料可经由背面冷却(backside cooling)、 热调节冷却(thermal conditioning cooling)和预先急冷(pre-chilling)的至少其中之一进行冷却。在本专利技术的一实施例中，上述的预定温度可低于室温且高于-212°c，例如是介 于-20°C至-100°C之间。在本专利技术的一实施例中，上述的含碳物种可为分子碳，其包括碳、二硼烷 (diborane) >(pentaborane)、ii^fl^t (carborane)、(octaborane) > (decaborane)禾口十八硼烧(octadecaborane)的至少其中之一。在本专利技术的一实施例中，上述的含碳物种可为烷烃(alkane)或烯烃(alkene)，其 包括甲烷(methane)、乙烧(ethane)、丙烧(propane)、联节(bibenzyl)、丁烧(butane)和 芘(pyrene)的至少其中之一。在本专利技术的一实施例中，离子注入的方法还包括将添加物种植入至目标材料，以 改善预先非晶化植入(pre-amorphization implantation,PAI)或改善目标材料的导电性。 举例来说，添加物种包括锗(Ge)、硼(B)、磷(P)、硅(Si)、砷(As)、氙(Xe)、碳(C)、氮(N)、铝 (Al)、镁(Mg)、银(Ag)、金(A)、碳硼烷(carborane，C2BltlH12)、二氟化硼(boron difluoride, BF2)、十硼烷(decaborane)、十八硼烷(octadecaborane)和二硼烷(diborane)的至少其中 之一。在本专利技术的一实施例中，离子注入的方法可用于在目标材料中产生应力和制造超 浅接合(ultra-shallow junction，USJ)的至少其中之一。在本专利技术的一实施例中，离子注入的方法还包括控制剂量、剂量率、含碳物种中的 原子数、原子能(atomic energy)和压力的至少其中之一，以进一步改善张力和非晶化的至 少其中之一。在另一种例示性实施例中，此技术可以以一种离子注入装置来实现。离子注入装 置包括冷却设备以及离子注入机。冷却设备将目标材料冷却至预定温度。离子注入机在预 定温度下将含碳物种植入目标材料，以改善张力和非晶化的至少其中之一。在本专利技术的一实施例中，上述的冷却设备包括背面冷却设备、热调节单元 (thermal conditioning unit)禾口预先急冷器(pre—chiller)的至少其中之一。在又一种例示性实施例中，此技术可以以一种离子注入装置来实现。离子注入装 置包括用来将目标材料冷却至预定温度的设备，以及用来在预定温度下将含碳物种植入目 标材料以改善张力和非晶化的至少其中之一的设备。现将参考如附图所示的本专利技术的示范性实施例更详细描述本专利技术。虽然下文参考 示范性实施例描述本专利技术，但应了解，本专利技术不限于此。得到本文的教示的所属领域的一般 技术人员将认识到额外实施方案、修改和实施例以及其它使用领域，其在如本文描述的本 专利技术范围内且本专利技术相对于其可具有显著效用。附图说明为了促进更完全理解本专利技术，现参看附图，其中以相同标号参考相同元件。这些图 式不应解释为限制本专利技术，而是希望仅为示范性的。图1是依照本专利技术的一实施例的等离子掺杂系统的部分剖面示意图。图2是依照本专利技术的一实施例的射束线(beam-line)离子注入机的示意图。图3是依照本专利技术的一实施例的用来进行背面气体热耦合(backside gas thermal coupling)的承载座的示意图。图4是依照本专利技术的一替代实施例的比较乙烷与碳单体效果的示意图。图5是依照本专利技术的一替代实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离子注入的方法，包括：将一目标材料冷却至一预定温度；以及在该预定温度下，将一含碳物种植入该目标材料，以改善张力和非晶化的至少其中之一。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2008-2-11 61/027,563;US 2008-3-31 12/059,437一种离子注入的方法，包括将一目标材料冷却至一预定温度；以及在该预定温度下，将一含碳物种植入该目标材料，以改善张力和非晶化的至少其中之一。2.根据权利要求1所述的离子注入的方法，其中该目标材料是经由背面冷却、热调节 冷却和预先急冷的至少其中之一进行冷却。3.根据权利要求1所述的离子注入的方法，其中该预定温度低于室温且高于-212°C。4.根据权利要求1所述的离子注入的方法，其中该预定温度介于-20°C至-100°C之间。5.根据权利要求1所述的离子注入的方法，其中该含碳物种为分子碳，其包括碳、二硼 烷、五硼烷、碳硼烷、八硼烷、十硼烷和十八硼烷的至少其中之一。6.根据权利要求1所述的离子注入的方法，其中该含碳物种为一烷烃或一烯烃，其包 括甲烷、乙烷、丙烷、联苄、丁烷和芘的至少其中之一。7.根据权利要求1所述的离子注入的方法，还包括将一添加物种植入该目标材料，以 改善预先非晶化植入(PAI)或改善该目标材料的导电性。8.根据权利要求8所述的离子注入的方法，该添加物种包括锗(Ge)、硼(B)、磷(P)、硅 (Si)、砷(As)、氙(Xe)、碳(C)、氮(N)、铝(Al)、镁(Mg)、银(Ag)、金(A)、碳硼烷(C2B10H12)、 二氟化硼(BF2)、十硼烷、十八硼烷和二硼烷的至少其中之一。9.根据权利要求1所述的离子注入的方法，其中该方法用于在该目标材料中产生应力 和制造一超浅接合(USJ)的至少其中之一。10.根据权利要求1所述的离子注入的方法，还包括控制剂量、剂量率、该含碳物种中 的原子数、原子能和压力的至少其中之一，以进一步改善张力和非晶化的至少其中之一。11.一种离子注...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯多夫R汉特曼，安东尼雷诺，盖瑞E迪克森，
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[美国]