低溫離子注入方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了可增進低溫離子注入的產(chǎn)量的技術。在低溫離子注入時，注入程序可在冷卻程序使襯底溫度降至大約為一預定注入溫度前開始，而加熱程序可在注入程序完成前開始升高襯底的溫度。此外，可在注入程序中一部分期間或多個部分期間進行一或多個溫度調(diào)整程序，以便于注入過程中，使襯底溫度可控制地高于預定注入溫度。
【專利說明】低溫離子注入方法
[0001]本申請為申請?zhí)?201110072168.X、申請日:2011.3.17、發(fā)明名稱:低溫離子注入方法的發(fā)明專利申請的分案申請。
【技術領域】
[0002]本發(fā)明有關離子注入，特別是有關低溫離子注入。
【背景技術】
[0003]目前已發(fā)現(xiàn)在離子注入時維持較低的襯底(substrate)溫度對于淺接面的形成可能有幫助，特別是對于半導體的持續(xù)縮小化越來越重要的超淺接面；其亦可能對提升離子注入的良率有幫助。
[0004]傳統(tǒng)的低溫離子注入開始時會在注入程序前將一襯底由外界環(huán)境，例如大氣環(huán)境，移入注入機(implanter)。如圖1a所示，接著進行冷卻程序(由時間t。到時間\)，以使襯底溫度從環(huán)境溫度(Τκ)，例如約為15~25°C，降至大約為一預定注入溫度(TP)，例如約為-15~_25°C，此溫度通常低于水的冰點，并且基本上即為注入程序中靜電夾盤(e-chuck)的溫度。此處,襯底可在注入機外的至少一承載盤(cassette)、一注入機的前置腔體(load lock)或一注入機的腔室(chamber)中等進行降溫。
[0005]一般會通入氣體到氣體背面以冷卻襯底，但降溫的過程需要數(shù)秒(甚至數(shù)分鐘)。請繼續(xù)參照圖la，在注入過程中(由時間t到時間th)，襯底受到離子束能量加熱，再透過降溫機制(例如背面氣體(backside gas))降溫。通常來說，為了確保經(jīng)過注入程序的襯底的注入質(zhì)量，會適度地調(diào)整降溫機制的操作，以保證注入過程中(由時間\到時間th)，襯底的溫度大致與預定注入溫度(Tp)相同，或者至少不超過一上限溫度(!Y)。此處，襯底溫度的上升曲線可為線性或非線性；圖1a所示注入過程中(由時間\到時間th)的上升曲線僅為示意，但如果上限溫度OY)與預定注入溫度(Tp)相當接近，如圖1b所示，則注入過程(由時間\到時間th)的上升曲線可簡化為一條水平直線。
[0006]請繼續(xù)參照圖1a或圖lb，完成注入程序后，接著進行一加熱程序(由時間th到時間tf)，以使受注入的襯底升溫至一似環(huán)境溫度(Τκ，)，再將受注入的襯底由注入機移至外界環(huán)境，以進行后續(xù)的半導體工藝，其中，似環(huán)境溫度可與大氣環(huán)境溫度相近，或高于外界環(huán)境中水的露點溫度(dew point of wafer),因此,可避免因溫差而導致襯底表面水凝結(jié)的問題。
[0007]前述程序需要數(shù)秒(甚至數(shù)分鐘)使襯底由環(huán)境溫度降至預定注入溫度，并且也需要數(shù)秒(甚至數(shù)分鐘)使受注入的襯底由預定注入溫度升至似環(huán)境溫度。此外，在低溫離子注入程序中，為了確保注入程序的均勻度及質(zhì)量，冷卻程序以及加熱程序均與離子注入程序分開，但是冷卻程序及加熱程序均耗費時間，以致于低溫離子注入的產(chǎn)量受限。
[0008]因此，提供一新穎且有效的方法來增進低溫離子注入實為目前急需努力的目標。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]因此，本發(fā)明一實施例提供一低溫離子注入方法。首先，將一襯底由一外界環(huán)境移入一腔室，其中，外界環(huán)境具有一外界環(huán)境溫度；接著，進行一冷卻程序，以使一襯底溫度降至低于外界環(huán)境溫度；再來，進行一注入程序且持續(xù)進行冷卻程序，以同時冷卻襯底以及將離子注入于襯底；然后，完成冷卻程序，并持續(xù)進行注入程序，以將離子注入至襯底；接著，完成注入程序，之后進行一加熱程序，以加熱襯底；最后，將襯底由腔室移至外界環(huán)境。
[0010]本發(fā)明另一實施例提供一低溫離子注入方法。首先，將一襯底由一外界環(huán)境移入一腔室，其中外界環(huán)境具有一外界環(huán)境溫度；然后，進行一冷卻程序，以使襯底的一襯底溫度降至低于外界環(huán)境溫度；再來，在冷卻程序完成后，進行一注入程序，以將離子注入至襯底；然后，進行一加熱程序，并持續(xù)進行注入程序，以同時加熱襯底以及將離子注入至襯底；接著，完成注入程序完成，并持續(xù)進行加熱程序，以加熱襯底；最后，將襯底由腔室移至外界環(huán)境。
[0011]本發(fā)明例另一實施例提供一低溫離子注入方法。首先，在一腔室中提供一離子束，以及將一襯底由一外界環(huán)境移入腔室；然后，進行一冷卻程序，以冷卻襯底；接著，進行一注入程序，以將離子注入至襯底，其中，一個或多個溫度調(diào)整程序以及注入程序的一部分期間或多個部分期間同時進行；再來，進行一加熱程序，以加熱襯底；最后，將襯底由腔室移至外界環(huán)境。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1a與圖1b為傳統(tǒng)低溫離子注入時，襯底溫度與時間的關系圖。
[0013]圖2為本發(fā)明一實施例的低溫離子注入方法的流程圖。
[0014]圖3為本發(fā)明一實施例在低溫離子注入時，襯底溫度與時間的關系圖。
[0015]圖4為本發(fā)明另一實施例在低溫離子注入時，襯底溫度與時間的關系圖。
[0016]圖5為本發(fā)明另一實施例的低溫離子注入方法的流程圖。
[0017]圖6為本發(fā)明另一實施例在低溫離子注入時，襯底溫度與時間的關系圖。
[0018]圖7為本發(fā)明另一實施例在低溫離子注入時，襯底溫度與時間的關系圖。
[0019]圖8為本發(fā)明另一實施例在低溫離子注入時，襯底溫度與時間的關系圖。
[0020]圖9為本發(fā)明另一實施例在低溫離子注入時，襯底溫度與時間的關系圖。
[0021]圖10為本發(fā)明另一實施例的低溫離子注入方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0022]本發(fā)明的詳細說明將于以下的實施例呈現(xiàn)，這些實施例并非用以限制本發(fā)明的范圍，且應能隨其它的應用而調(diào)整。附圖中所示的細節(jié)，例如組件的數(shù)量等，除非說明書中對其另外有明確的限定，應被認為可依實際情況不同而有變化。
[0023]為簡化說明及附圖，以下說明及相關附圖并沒有特別強調(diào)預定注入溫度及上限溫度的差別。實際上，其中一些說明及附圖假設兩者不同，而其它說明及附圖則假設兩者相同(或至少兩者的差異是可被忽略的)。但是，本發(fā)明并不限于預定注入溫度與上限溫度的差異，本領域中具有通常知識者應能將此差異加入以下的說明及相關附圖。
[0024]圖2為本發(fā)明一實施例的低溫離子注入方法的流程圖。在步驟20中，將一襯底由一外界環(huán)境移入一腔室，其中外界環(huán)境具有一外界環(huán)境溫度；在步驟22中，進行一冷卻程序以使襯底的溫度降至低于外界環(huán)境溫度；在步驟24中，進行一注入程序且持續(xù)進行冷卻程序，以同時冷卻襯底及將離子注入至襯底；在步驟26中，完成冷卻程序，并繼續(xù)進行注入程序，以將離子注入至襯底；在步驟28中，完成注入程序，之后進行一加熱程序，以加熱襯底；在步驟30中，將襯底由腔室移至外界環(huán)境。
[0025]圖3為本發(fā)明另一實施例在低溫離子注入時，襯底溫度與時間的關系圖。在本實施例中，注入程序與冷卻程序部分重迭。
[0026]首先，進行一冷卻程序，以在時間t。至時間\內(nèi)，將襯底由大約為環(huán)境溫度(Tk)降至一較低溫度。在冷卻程序中，當達到一溫度Ts時(對應時間ts)，即開始進行離子注入程序，其中，溫度Ts介于環(huán)境溫度(Tk)以及預定注入溫度(Tp)間，且選擇性地高出預定注入溫度(Tp)許多。因此，從時間％到時間ti;注入程序是伴隨著冷卻程序進行。此處，從時間％到時間ti;襯底溫度可降至與預定注入溫度(Tp)實質(zhì)相等。另外，同時進行離子注入與冷卻襯底的期間(由時間ts至時間與冷卻程序的總期間(由時間t。至時間的比值不超過一半；并且完成冷卻程序的時間點不晚于注入程序的期間的一半，以及上限溫度(Tl)是假設與預定注入溫度(Tp)相等。
[0027]到時間ti時，冷卻程序已完成，而注入程序則持續(xù)地在進行，以將離子注入至襯底中，直到注入程序在時間th完成；注入程序完成后，接著進行加熱程序(由時間th至時間tf)，以將受注入的襯底升溫至等于或低于環(huán)境溫度(Tk)的似環(huán)境溫度(Ir);最后，將受注入的襯底由注入機移至外界環(huán)境，以進行后續(xù)的半導體工藝。
[0028]圖4為本發(fā)明另一實施例在低溫離子注入時，襯底溫度與時間的關系圖。與前述實施例相似的是，注入程序仍在襯底溫度降至預定注入溫度前已開始進行，因此從時間ts到時間ti;注入程序伴隨著冷卻程序進行。但在本實施例中，同時進行離子注入與冷卻襯底的期間(由時間ts至時間與冷卻程序的總期間(由時間t。至時間的比值不小于一半，完成冷卻程序的時間點不晚于離子注入程序的期間的一半，并且上限溫度ΟΥ)是假設明顯高于預定注入溫度(Tp)。
[0029]另外，雖然圖3與圖4顯示襯底溫度降至實質(zhì)與預定注入溫度(Tp)相等，但本發(fā)明并不限制在時間ts至時間\之間，襯底溫度應如何變化。實際上，由于離子束能量所產(chǎn)生的熱量，在時間ts至時間\間，襯底溫度亦可降至一高于預定注入溫度(Tp)的特定溫度，或甚至提升至一高于溫度Ts的溫度。在此，這些實施例的特征是冷卻程序與注入程序的重迭，而圖3與圖4僅呈現(xiàn)了一簡單的例子以簡化附圖與相關說明。
[0030]圖5為本發(fā)明另一實施例的低溫離子注入方法的流程圖。在步驟50中，將一襯底由外界環(huán)境移入一腔室，其中，外界環(huán)境具有一外界環(huán)境溫度；在步驟52中，進行一冷卻程序以使襯底的溫度低于外界環(huán)境溫度；在步驟54中，在冷卻程序完成后進行一注入程序；在步驟56中，進行一加熱程序，并持續(xù)進行注入程序，以同時加熱襯底及將離子注入至襯底；在步驟58中，完成注入程序，并持續(xù)進行加熱程序以加熱襯底；在步驟60中，將襯底由腔室移至外界環(huán)境。
[0031]圖6為本發(fā)明另一實施例在低溫離子注入時，襯底溫度與時間的關系圖。在本實施例中，注入程序沒有與冷卻程序重迭，而是與加熱程序重迭。
[0032]需強調(diào)的是，本實施例主要的一特征在于加熱程序在時間ts，開始，時間ts，介于時間\與時間th之間，亦即加熱程序的進行在注入程序(由時間\至時間th)完成之前。另外，可選擇性地保持受注入的襯底的溫度不超過上限溫度(?Υ)，以確保時間V至時間th期間離子注入的質(zhì)量，并且亦可選擇性地在時間ts，至時間th期間允許受注入的襯底的溫度高于上限溫度(?Υ)，而仍能使整個注入程序達成可接受的注入質(zhì)量。當注入程序在時間th完成后，可繼續(xù)進行加熱程序，直到在時間tf時，受注入至襯底的溫度升高至似環(huán)境溫度(Tr)0此時，將受注入至襯底由注入機移至外界環(huán)境，以進行后續(xù)的半導體工藝。再者，如圖6所示，同時進行離子注入與加熱襯底的期間(由時間ts，至時間th)與加熱程序的總期間(由時間％，至時間~)的比值不大于一半，開始加熱程序的時間點不早于離子注入程序期間的一半，并且上限溫度OY)是假設大致與預定注入溫度(Tp)相同。
[0033]圖7為本發(fā)明另一實施例的襯底溫度與低溫離子注入的時序關系圖。如同上述實施例所述，加熱程序在注入程序進行中開始，但同時進行離子注入與加熱襯底的期間與加熱程序的總期間的比值不小于一半，并且，假設上限溫度(IY)為明顯高于預定注入溫度(Tp)。此外,加熱程序開始時的襯底溫度并無特別限制。
[0034]需強調(diào)的是，在前述的實施例中，一主要的特征為至少有部分期間的冷卻程序或加熱程序以及至少部分期間的注入程序重迭。由于任二程序的重迭，二程序完成所需時間可減少，因此可提升低溫離子注入的產(chǎn)量。當然，應適當?shù)恼{(diào)整重迭的比例以平衡產(chǎn)量及注入質(zhì)量。舉例來說，為增進產(chǎn)量，大部分的注入程序可伴隨著冷卻程序進行，如圖4所示，或者伴隨著加熱程序進行，如圖7所示。舉例來說，為提升注入至襯底的均勻度，大部分的注入程序可單獨進行，如圖3與圖6所示。此外，基于低溫離子注入的一般要求，注入程序開始伴隨冷卻程序的預定注入溫度(Tp)與溫度Ts均通常小于水的冰點；換句話說，為了低溫離子注入的優(yōu)勢，注入程序通常在襯底溫度夠低時才開始。
[0035]上述實施例中的溫度調(diào)整可簡單地達成。舉例來說，當離子束功率為固定而背面氣體的壓力為可調(diào)整，重迭部分注入程序與冷卻程序可簡單地以提早開始投射離子束達成，重迭部分注入程序 與加熱程序亦可簡單地以提早降低背面氣體的壓力達成。當然，這些實施例也可以調(diào)整離子束功率達成，例如，重迭部分注入程序與加熱程序可簡單地透過提高離子束功率達成，而不必降低背面氣體的壓力。此外，另一個范例采用燈具在注入程序中加熱襯底，因此襯底溫度可以透過改變燈具的功率來調(diào)節(jié)。
[0036]圖8為本發(fā)明又一實施例在低溫離子注入時襯底溫度與時間的關系圖。如圖8所示，離子注入程序(由時間ts至時間th)部分與冷卻程序(由時間t。至時間以及加熱程序(由時間ts，至時間th)重迭。此處為了簡化附圖以及說明，本實施例假設上限溫度(IY)與預定注入溫度(Tp)相等。可以理解的是，由于這些程序有更顯著的重迭，產(chǎn)量應可進一步提升。
[0037]此外，將注入程序與冷卻程序(及/或加熱程序)重迭可視為在部分的注入過程中額外的帶走熱量(及/或加入熱量)。須注意的是，冷卻程序用以使襯底溫度由一較高溫度降至注入程序所需的適當溫度范圍，加熱程序用以使襯底溫度由注入程序所需的適當溫度范圍提升至一較高溫度。可以理解的是，額外的熱量變化可能會對襯底的離子注入產(chǎn)生影響，例如影響移動后的硅原子的分布，進而影響及驅(qū)動注入的雜質(zhì)后續(xù)的擴散及激活。雖然在離子注入過程中，每一襯底溫度的變化都有對應的影響，但不同的襯底溫度的變化也可能產(chǎn)生類似的影響。舉例來說，在一個10秒鐘的期間，使受注入的襯底的溫度維持在一高于預定注入溫度的特定溫度的影響，可能基本上與在兩個分開的5秒鐘的期間，使受注Λ的襯底的溫度維持在特定溫度的效果影響等同。
[0038]因此，圖8所示實施例的受注入至襯底的注入結(jié)果，可能與圖9所示另一實施例的受注入至襯底的注入結(jié)果相等。此處因重迭冷卻/加熱程序(如圖8所示)而對受注入至襯底的額外加熱，與在注入程序的中間部分期間(從時間thl至時間th2)(如圖9所示)對受注入至襯底的額外加熱相等。當然，如上述簡要說明所述，另一等同的實施例為在注入程序的不同部分期間(從時間th3至時間th4以及從時間th5至時間th6)(未圖示)，對受注入至襯底額外加熱。另外，本發(fā)明對于不同實施例的細節(jié)并未限制，例如額外加熱程序有多少數(shù)量，襯底溫度是如何變化，甚至額外加熱程序是否與冷卻程序(及/或加熱程序)重迭等。
[0039]因此，圖10為本發(fā)明一實施例的低溫離子注入方法的流程圖。在步驟100中，在一腔室中提供一離子束，以及將一襯底由一外界環(huán)境移入該腔室；在步驟140中，進行一冷卻程序，以冷卻襯底；在步驟160中，進行一注入程序，以將離子注入至襯底，其中，一個或多個溫度調(diào)整程序以及注入程序的一部分期間或多個部分期間同時進行；在步驟180中，進行一加熱程序，以加熱襯底；在步驟200中，將襯底由腔室移至外界環(huán)境。
[0040]相似地，本實施例并無限制進行溫度調(diào)整程序的期間與注入程序的總期間的比值，其可為大于、等于或小于一半。另外，注入程序可在冷卻程序?qū)⒁r底溫度降至與一預定注入溫度實質(zhì)相等前開始，而加熱程序可在襯底溫度不低于外界環(huán)境的水的露點完成。此外，不論是冷卻程序、加熱程序及額外加熱程序，均可使用氣體冷卻襯底的背面，以及透過改變氣體的壓力來調(diào)整襯底的溫度，并且可使用燈具加熱襯底，以及透過改變燈具的功率來調(diào)整襯底的溫度。
[0041]當然，以上實施例應以產(chǎn)量與注入質(zhì)量的平衡為努力的目標。因此，注入過程中襯底溫度的變化應適當?shù)恼{(diào)整。舉例來說，重迭注入程序以及冷卻/加熱程序，會縮短注入過程中襯底溫度與預定注入溫度實質(zhì)相等的期間。因此，對于相同的注入要求，例如相同的注入深度以及相同的注入劑量，本發(fā)明一實施例可選擇性地與另一實施例的預定注入溫度不同，甚至與每一前案的預定注入溫度不同。另外，在注入程序中的特定部分可選擇性地使襯底溫度低于預定注入溫度(也就是進行一額外冷卻程序)。
[0042]以上所述的實施例僅是為說明本發(fā)明的技術思想及特點，其目的在使本領域技術人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，當不能以之限定本發(fā)明的保護范圍，即凡是依本發(fā)明所揭示的精神所作的均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權利要求】
1.一種低溫離子注入方法，包含: 將一襯底由一外界環(huán)境移入一腔室，其中所述外界環(huán)境具有一外界環(huán)境溫度； 進行一冷卻程序，以使所述襯底的一襯底溫度降至低于所述外界環(huán)境溫度； 進行一注入程序且持續(xù)進行所述冷卻程序，以同時冷卻所述襯底以及將離子注入所述襯底； 完成所述冷卻程序，并持續(xù)進行所述注入程序，以將離子注入所述襯底； 完成所述注入程序，之后進行一加熱程序，以加熱所述襯底；以及 將所述襯底由所述腔室移至所述外界環(huán)境。
2.如權利要求1所述的低溫離子注入方法，其特征在于，所述冷卻程序與所述注入程序同時進行直到所述襯底溫度與一預定注入溫度實質(zhì)相等為止。
3.如權利要求1所述的低溫離子注入方法，其特征在于，所述注入程序在所述襯底溫度低于水的冰點開始。
4.如權利要求1所述的低溫離子注入方法，其特征在于，同時進行離子注入以及冷卻所述襯底的期間與所述冷卻程序的總期間的比值不大于一半。
5.如權利要求1所述的低溫離子注入方法，其特征在于，同時進行離子注入以及冷卻所述襯底的期間與所述冷卻程序的總期間的比值不小于一半。
6.如權利要求1所述的低溫離子注入方法，其特征在于，完成所述冷卻程序的一時間點不晚于所述注入程序的期間的一半。
7.如權利要求1所述的低溫離子注入方法，其特征在于，還包含以下一或多個步驟: 以一氣體冷卻所述襯底的背面，以及改變所述氣體的壓力以調(diào)整所述襯底溫度；以及 以一燈具加熱所述襯底，以及改變所述燈具的功率以調(diào)整所述襯底溫度。
8.一種低溫離子注入方法，包含: 在一腔室中提供一離子束，以及將一襯底由一外界環(huán)境移入所述腔室； 進行一冷卻程序，以冷卻所述襯底； 進行一注入程序，以將離子注入所述襯底，其中，一或多個溫度調(diào)整程序以及所述注入程序的一部分期間或多個部分期間同時進行； 進行一加熱程序，以加熱所述襯底；以及 將所述襯底由所述腔室移至所述外界環(huán)境。
9.如權利要求8所述的低溫離子注入方法，其特征在于，進行所述溫度調(diào)整程序的期間與所述注入程序的總期間的比值不大于一半。
10.如權利要求8所述的低溫離子注入方法，其特征在于，進行所述溫度調(diào)整程序的期間與所述注入程序的總期間的比值不小于一半。
11.如權利要求8所述的低溫離子注入方法，其特征在于，所述注入程序在所述襯底溫度由所述冷卻程序降低至實質(zhì)與一預定注入溫度相等時開始。
12.如權利要求8所述的低溫離子注入方法，其特征在于，所述加熱程序在所述襯底溫度不低于所述外界環(huán)境的水的露點時完成。
13.如權利要求8所述的低溫離子注入方法，其特征在于，還包含以下一或多個步驟: 以一氣體冷卻所述襯底的背面，以及改變所述氣體的壓力以調(diào)整所述襯底溫度；以及 以一燈具加熱所述襯底，以及改變所述燈具的功率以調(diào)整所述襯底溫度。
【文檔編號】C23C14/48GK103834925SQ201410085914
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2011年3月17日 優(yōu)先權日:2010年3月31日
【發(fā)明者】約翰·D·波拉克, 萬志民, 艾瑞克·科拉 申請人:漢辰科技股份有限公司