專利名稱：制造硅絕緣體晶圓的單晶圓植入機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明有關于離子植入，且更特定而言，有關于用于硅絕緣體的植入 (silicon-on-insulator implant)的單晶圓束線離子植入機(single waferbeamline ion implanter)0
背景技術：
離子植入是用于向半導體晶圓內(nèi)引入多種改變電導率用的雜質(zhì)的標準技術。所期 望的雜質(zhì)材料在離子源中被電離，離子經(jīng)加速以形成指定能量的離子束，且離子束對準晶 圓表面。射束中的高能離子穿入到半導體材料的塊體內(nèi)并嵌入于半導體材料的晶格內(nèi)以形 成想要的電導率的區(qū)域。離子植入機包括用于將氣體或固體材料轉(zhuǎn)變成邊界清晰的離子束的離子源。離子 束通常經(jīng)質(zhì)量分析以消除不想要的物質(zhì)，加速至想要的能量，并植入至目標內(nèi)。離子束可通 過靜電或磁束掃描，通過目標移動，或者通過束掃描與目標移動的組合而分布于目標區(qū)上。 離子束可為點束或具有長尺寸和短尺寸的帶束(ribbon beam)。對于帶束，長尺寸通常至少 與晶圓同樣寬。硅絕緣體(S0I)是一種層化的半導體結構，其通常由具有內(nèi)部絕緣層的硅基板組 成。安置于基板內(nèi)的絕緣層可為(例如化102或51仏S0I減少晶體管充電或放電所需的 時間，減小在源極與漏極接面處的電容，且可用于減小電路大小。制造 S0I 的一種方法是氧植入分離(separation by implantation ofoxygen, SIM0X)。SIM0X通常利用離子束植入和退火來形成二氧化硅層。晶圓在氧植入之前經(jīng)加熱 以在植入期間維持其結晶結構。然后，將氧植入至晶圓內(nèi)且晶圓經(jīng)退火以形成Si02層。然 后可執(zhí)行高溫退火。在某些實施例中，執(zhí)行硅沉積以形成S0I晶圓。使用氮氣來代替氧氣以與SIM0X類似的方式來執(zhí)行氮植入分離(Separation by implantation of nitrogen, SIMON)。氮離子可形成(例如)Si3N4，其為良好的絕緣體，或 者可在植入期間與氧離子組合。制造S0I的另一種方法是通過“結合與切割(bond and cleave)”制程。施體晶 圓(donor wafer)被氧化以形成絕緣層。氫、氦、或者氫與氦的組合被植入至施體晶圓內(nèi)。 然后將施體晶圓倒置并結合至被稱作支撐件(handle)的另一晶圓上，因此施體晶圓的植 入表面被安置于支撐晶圓(handle wafer)上。在植入期間，氫或氦在施體晶圓內(nèi)形成泡或 囊。因此，可切割施體晶圓，或者施體晶圓可具有與植入部份分開的非植入部份。電漿浸沒(Plasma immersion)已用于S0I植入。電漿浸沒通常使用RF電漿源來 產(chǎn)生離子，如(例如)在頒布予亨利(Henley)等人的美國專利第6，207，005號中可見。但 電漿浸沒缺少質(zhì)量選擇磁體(mass selectionmagnet)，因此難以進行離子選擇。而且，難于 在植入期間維持劑量均勻性。旋轉(zhuǎn)圓盤批式植入機(Spinning disk batch implanter)可同樣用于S0I植入。 但是，若在處理期間在批式植入機中出現(xiàn)任何誤差，則整批晶圓或工件可能會毀掉，而不是
4僅單個晶圓或工件毀掉。晶圓通常較為昂貴，因此在批式植入機中這樣的錯誤的代價是很 大的。單晶圓束線植入機提供旋轉(zhuǎn)圓盤批式植入機或電漿浸沒系統(tǒng)所不具有的很多優(yōu) 點。對于離子選擇而言，例如，兩個磁體束線(magnet beamline)是非常重要的。單晶圓植 入機內(nèi)的某些束形(beam shapes)還提供更高的產(chǎn)量，此歸因于這些束形在高束電流下具 有更寬的射束和更好的輸送。單晶圓植入機還向晶圓提供改良的熱負荷分布。先前，用于S0I植入的單晶圓植入機具有很小的束面積、較小的束電流且不具有 高產(chǎn)量或者不能對晶圓或工件進行溫度控制。因此，在某些情況下，因為這些植入機的產(chǎn)量 非常低，可能需要數(shù)天時間來完成植入。因此，在現(xiàn)有技術中需要用于硅絕緣體的植入的單晶圓束線離子植入的新的且改 良的裝置和方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種離子植入機。該離子植入機包括離子束源，用 于將由氧和氮所構成的族群中選出的離子產(chǎn)生為具有一定劑量范圍的離子束，該劑量范圍 是由氧大約1E17至4E17cnT2、氧大約1至3E15cnT2和氮大約1E17至2E18cnT2所構成的族群中 選出；分析器磁體，用于自離子束移除不想要的物質(zhì)；以及，具有背面氣體熱耦合的靜電夾 盤(chuck)，該靜電夾盤用于固持單個工件而通過具有一定劑量范圍的離子束來進行硅絕 緣體的植入，該靜電夾盤用于冷卻工件至大約300°C至600°C的溫度范圍。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種離子植入機。該離子植入機包括離子束源，用 于產(chǎn)生由氫和氦所構成的族群中選出的離子為具有一定劑量范圍的離子束，該劑量范圍是 由氫大約5E15至8E16cm_2和氦大約5E15至8E16cm_2所構成的族群中選出；分析器磁體，用于 自離子束移除不想要的物質(zhì)；以及具有背面氣體熱耦合的靜電夾盤，該靜電夾盤用于固持 單個工件而通過具有一定劑量范圍的離子束來進行硅絕緣體的植入，該靜電夾盤用于將工 件冷卻至大約300°C至600°C的溫度范圍。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供在單晶圓離子植入機中進行硅絕緣體植入的方法。 在單晶圓植入機中進行硅絕緣體植入的方法包括產(chǎn)生由劑量大約5E15至8E16cm_2的氫、劑 量大約5E15至8E16cnT2的氦、劑量大約1E17至4E17cnT2的氧、劑量大約1至3E15cnT2的氧、以及 劑量大約1E17至2E18cm_2的氮所構成族群中選出的離子束；分析離子束以移除不想要的物 質(zhì)；實質(zhì)上保持單個工件以在具有背面氣體熱耦合的靜電夾盤上進行硅絕緣體的制造；利 用離子束對單個工件進行植入；以及，使用靜電夾盤將單個工件冷卻至大約300°C至600°C 的溫度范圍。


為了更佳地理解本發(fā)明揭示的內(nèi)容，參看附圖，附圖以引用的方式結合到本文中， 在附圖中圖1是單晶圓離子植入機的實施例；圖2是間接加熱的陰極的實施例；圖3是微波離子源的實施例；
圖4示出靜電夾盤的實施例；圖5是帶有背面氣體的夾盤的溫度與氣體壓力的比較的實例；圖6是能夠執(zhí)行背面氣體熱耦合的夾盤的實施例；圖7是使用多個燈來加熱晶圓的裝置的實施例。
具體實施例方式在本文中結合離子束植入裝置和方法來描述本發(fā)明。但本發(fā)明可用于半導體制造 中所涉及的其它系統(tǒng)和制程。因此，本發(fā)明并不限于下文所述的特定實施例。圖1是單晶圓離子植入機的實施例。一般而言，單晶圓離子植入機10，諸如由 Varian Semiconductor Equipment Associates of Gloucester,MA所制造的VllSta HC植 入機，包括離子束源11以產(chǎn)生離子束12。離子束源11可包括離子室和含有待電離的氣體 的氣體箱。離子束源11可為間接加熱的陰極、微波離子源或RF離子源。氣體被供應至離 子室，在離子室中，氣體被電離。由此形成的離子自離子室提取以形成離子束12。離子束12穿過抑制電極(suppression electrode) 14和接地電極 (groundelectrode) 15而到達質(zhì)量分析器(mass analyzer) 16。質(zhì)量分析器16包括一解析 磁體13和具有解析孔口 18的屏蔽電極17。解析磁體13使離子束12中的離子偏轉(zhuǎn)使得想 要的離子物質(zhì)的離子穿過解析孔口 18。不想要的離子物質(zhì)不穿過解析孔口 18，而是由屏蔽 電極(masking electrode) 17阻擋。在一實施例中，解析磁體13使想要的物質(zhì)的離子偏轉(zhuǎn) 大約90°。想要的離子物質(zhì)的離子穿過解析孔口 18到達角度校正器磁體23。在某些實施例 中，想要的物質(zhì)的離子還穿過減速級(deceleration stage)。角度校正器磁體23使想要的 離子物質(zhì)的離子偏轉(zhuǎn)且將離子束自發(fā)散離子束轉(zhuǎn)變成帶束24，帶束24具有實質(zhì)上平行的 離子軌跡。在一實施例中，角度校正器磁體23使想要的離子物質(zhì)的離子偏轉(zhuǎn)大約70°。在某些實施例中，離子束12可穿過加速塔(acceleration column)。此加速塔可 選擇地控制離子束12的能量并有助于造成離子束12至工件26內(nèi)想要的濃度和穿入程度。 在某些實施例中，帶束24亦可穿過加速塔。在其它實施例中，諸如其中最大能量可為大約 60keV的氫植入，可不需要加速塔。在一特定實施例中，加速塔可位于解析孔口 18和質(zhì)量分析器16的后面。對于其 中最大能量可為大約200keV的氧植入而言，可需要這樣的加速塔。用于氧植入的該加速塔 將用于所需的電流容量和高電壓電源。在另一特定實施例中，加速塔位于角度校正器磁體 23的后面。帶束24可具有足夠的束電流來允許以一定劑量范圍而以生產(chǎn)級產(chǎn)量進行植入， 劑量范圍為(例如)氧大約1E17至4E17Cm_2，氧大約1至3E15Cm_2，氮大約1E17至2E18Cm_2， 氫大約5E15至8E16cnT2，以及氦大約5E15至8E16cnT2。帶束24還可具有足夠的束電流來以 一定劑量范圍而以生產(chǎn)級產(chǎn)量進行植入，例如，對于氧損傷植入而言，劑量范圍為大約1至 3E15cnT2。帶束24的兩個特定劑量可為(例如)對于H+植入而言為大約5E16cnT2或者對于 0+植入而言大約2E17cm_2。在大多數(shù)應用中，用于0+植入的能量必須為至少大約80keV。端站25在帶束24的路徑中支撐一工件(諸如工件26)，使得想要的離子物質(zhì)的離 子被植入至工件26內(nèi)。工件26可為(例如)晶圓或需要離子植入的另一對象。在此等實施例中，工件26通常進行SOI的植入。
除了工件26的外，端站25還可支撐其它進行植入的工件。端站25可包括夾盤 32以支撐工件26。端站25的某些實施例亦可包括掃描儀以用于垂直于帶束24橫截面 的長尺寸來移動工件26或執(zhí)行其它的一維掃描，由此而在工件26的整個表面上分布離 子。在某些實施例中，夾盤32亦可用于進行旋轉(zhuǎn)并提供正交掃描校正(orthogonal scan correction)0在其它實施例中，夾盤32可用于執(zhí)行四重植入(quad implant)。四重植入通常表 示每四分之一劑量后將工件26旋轉(zhuǎn)90°以幫助遮蔽各I3R特點(features)。四重植入亦 可在SOI應用中洗掉任何自右向左的梯度。帶束24可至少與工件26 —樣寬。雖然說明為帶束24，但其它離子植入機實施例 可提供掃描的離子束(一維掃描或二維掃描)或可提供固定的離子束。在某些實施例中， 離子植入機還可包括位于角度校正器磁體23下游的第二減速級。離子植入機可包括本領域技術人員已知的額外部件。舉例而言，端站25通常包括 自動工件搬運設備以用于將工件引入到離子植入機內(nèi)和在離子植入后用于移除工件。端站 25還可包括劑量量測系統(tǒng)、電子流槍(electron floodgun)和其它已知的部件。本領域技 術人員應了解在離子植入期間，離子束所橫貫的整個路徑被排空(evacuated)。諸如圖1所說明的單晶圓離子植入機可用于SOI植入。諸如單晶圓離子植入機10 的單晶圓離子植入機可執(zhí)行(例如)氫、氦、氧和氮植入。在某些實施例中，氫和氦或者氧 和氮一起植入。此可在工件中形成絕緣體層，在工件中形成損傷層(damage layer)，或者在 工件內(nèi)形成泡或囊。因此，單個工件26被置放于帶束24的路徑中。這在當多個工件被一 起植入時不同于諸如旋轉(zhuǎn)圓盤植入機的批式植入機。單晶圓植入機中的SOI需要均勻的離 子分布。通過一維掃描使用帶束24來滿足此要求。亦可通過靜電掃描或電磁掃描而使用 帶束24來滿足此要求。亦可通過二維機械掃描來提供均勻的離子分布。但此機械掃描受 到慣性限制且該帶束可緩慢移動。與先前的單晶圓SOI植入機相比，諸如單晶圓離子植入機10的某些單晶圓植入機 用于在很大程度上增加SOI植入的產(chǎn)量。此可(例如)通過使用更大的束面積或?qū)A或 工件進行溫度控制而達成。舉例而言，單晶圓植入機可使用一種帶束以用于氧植入或氫植 入。舉例而言，用于SOI植入的氫劑量可在大約5E16cm_2的范圍內(nèi)且用于SOI植入的氧劑量 可在大約2E17cm_2的范圍內(nèi)。由于此等高劑量，需要較高的束電流來維持高產(chǎn)量。帶束減小在該高束電流下由 于空間電荷所造成的“爆破(blowup)”。晶圓或工件必須也經(jīng)冷卻以適應這樣的高劑量。使 用背面氣體熱耦合允許這樣的高劑量用于單晶圓SOI植入。對在單晶圓植入機中的SOI的另一要求是精確的劑量，此可涉及高束電流或高功 率密度。因此，諸如單晶圓離子植入機10之類的單晶圓植入機必須能夠保持晶圓或工件在 正確的溫度范圍內(nèi)。此可利用夾盤32的不同實施例來達成。最后，單晶圓植入機中的SOI可需要在植入之前預熱晶圓或工件以進行氧植入從 而防止硅的非晶化(amorphizing)。此可通過夾盤32的不同實施例來達成。此亦可通過至 少一個燈來執(zhí)行。一個這樣的離子束源11是間接加熱的陰極40。圖2是間接加熱的陰極的一實施例。此可用于氫、氦、氧和氮的植入。間接加熱的陰極40的此實施例包括陰極41，陰極41用 于穿過電弧室44的壁43而延伸。在中空區(qū)46中，鄰近陰極41而安置燈絲(Filament) 45。 電源(未說明)加熱燈絲45，在燈絲45與陰極41之間提供偏壓，并在陰極41與電弧室44 之間提供電弧偏壓。當受熱時，燈絲45產(chǎn)生足夠的能量來自其一部份發(fā)出電子，通過偏壓將電子推進 至陰極41的中空區(qū)46內(nèi)。因此陰極41變熱且最終開始向電弧室44內(nèi)發(fā)出電子。通過電 弧偏壓而將電子吸入至電弧室44內(nèi)，因此電子在撞擊由源氣體47所供應的氣體分子時形 成電漿。在某些實施例中，在陰極41與壁43之間存在間距以維持電壓間隙。為了利用間 接加熱的陰極40，源氣體47被引入至電弧室44內(nèi)。在某些實施例中，通過保持此間距較小 而實質(zhì)上限制透過陰極41與壁43之間的任何間距的源氣體47的流動。在某些實施例中 可使用限制構件。陰極41經(jīng)加熱以電離源氣體47。源氣體47被電離并產(chǎn)生離子束12。為了提高效率并增加離子產(chǎn)生，間接加熱的陰極40可與反射極(impeller) 50耦 合。反射極50是機械、靜電或磁裝置，在電子橫過電弧室44之后，反射極50取得由間接加 熱的陰極40所產(chǎn)生的電子并且使電子反向以使電子再次橫過電弧室44。這增加了所產(chǎn)生 的電子與源氣體47之間的碰撞。圖3是微波離子源的一實施例。微波功率可用于在離子束源11內(nèi)形成電漿。使 用微波功率排除了對燈絲或陰極的需要。因此，微波功率可具有較長的源壽命。一種產(chǎn)生 微波功率的方法是在電漿室中形成大約0.1特斯拉(lkG)的軸向磁場。所形成的該磁場 具有由公式6e=eB/m所給出的共振條件，其中，&是回旋共振頻率(cyclotron resonance frequency)，e是電子電荷，B是磁場，且m是電子質(zhì)量。在此特定實施例中，通過2. 45GHz的微波產(chǎn)生器67以至少500W的功率來驅(qū)動微 波離子源60。此微波產(chǎn)生器67是磁控管(magnetron)。500W的輸入功率可形成電子密度 在大約E12至E13cm_3之間的電漿。提取的束電流可在大約100至200mA/cm2之間，且電漿 室61壓力在低于毫托的范圍。對于2. 45GHz微波產(chǎn)生器，8. 75E_2特斯拉的磁場頻率滿足電子的共振條件。此磁 場的操作使微波離子源60成為電子回旋共振(electron cyclotronresonance，ECR)源，但 也可通過將磁場增加超過共振值來增加可用的束電流。在微波離子源60的電漿室61中產(chǎn)生離子。電漿室61通常為水冷汽缸 (water-cooled cylinder)且在此實施例中具有直徑大約2至5cm和長度大約7至15cm 的尺寸。電漿室61可由諸如鋁或不銹鋼的材料制成且在此實施例中為雙壁。使電漿室61 水冷卻限制了微波離子源60自不在冷卻表面上冷凝的材料(諸如，吐、徹、隊或02)產(chǎn)生離 子。但微波離子源60亦可在固體材料上使用。微波功率透過介電窗(dielectric window)63而引入至電漿室61中的電漿62內(nèi)。 介電窗63將大氣與電漿室61的較低壓力分隔開。但微波功率亦可透過天線或本領域技術 人員已知的其它機構而引入至電漿62內(nèi)。由于接近共振條件，因此，微波功率可被電漿62 吸收。介電窗63通常為諸如石英、氧化鋁或氮化硼的多種材料，該等材料經(jīng)選擇以自空 氣的介電常數(shù)逐漸過渡為電漿62的介電常數(shù)。多種材料可以夾心或?qū)踊M態(tài)來排列。此 種逐漸過渡減小了微波反射功率。在此實施例中，介電窗63的源壽命由介電窗63的多種材料的最終層來決定，因為是這一層接收了返流電子的轟擊。在預防性維修或源維修期間 可替換該介電窗63的最終層。波導68抵靠介電窗63而安置著。波導68可包括三個短線調(diào)諧器(threestub tuner)以降低反射功率并將以具體模式來操作。通過在電漿室61周圍安置的多個螺線管64來產(chǎn)生軸向磁場。每個螺線管64通 常由若干個線圈組成使得磁場可作為電漿室61內(nèi)位置的函數(shù)來調(diào)整磁場。可對螺線管64 執(zhí)行微調(diào)來使束電流最大化并使束噪聲最小化。氣體遞送系統(tǒng)69通常將氣體流動遞送到電漿室61。在一實例中，此氣體流動小 至每分鐘僅幾標準立方公分(Standard Cubic Centimeter)。氣體流動可來自于一調(diào)節(jié)器 70?？墒褂闷渌牡蛪簹怏w源，諸如“安全遞送系統(tǒng)”容器或本領域技術人員已知的其它源。在電漿室61的相對端引入微波功率，通常在此處提取離子。因此，通常在與介電 窗63相對處提取離子。一種提取電極總成(Extraction electrodeassembly) 65通常由軟 鋼制成以使電漿孔口 66下游的區(qū)域中的任何邊緣場(fringing field)最小化，但該提取 電極總成65可由本領域技術人員已知的其它材料制成。在某些實施例中，返回鋼(Return steel) 71可包括于提取電極65中。返回鋼71 將使電漿室61內(nèi)部的強場短路。返回鋼71由軟鋼組成且因為場線將穿過鋼而不是真空， 返回鋼71將俘獲(capture)場線。此返回鋼71有助于防止靠近該提取區(qū)域的任何磁場， 在離子從電漿室61出來時，磁場會使離子偏轉(zhuǎn)。在某些實施例中，該提取電極總成65還可 包括一抑制電極和接地電極。在另一實施例中，RF離子源可用于離子束源11。此RF離子產(chǎn)生器形成射頻驅(qū)動 電漿，如本領域技術人員已知的情形。此可為在電漿產(chǎn)生室外部的外天線或在電漿產(chǎn)生室 內(nèi)部的內(nèi)天線。在一實施例中，RF離子源被感應耦合。圖4示出靜電夾盤的一實施例。夾盤32用于使用靜電力來固定和支撐工件26。 在此實施例中，夾盤32用于單個工件26。S0I植入通常需要夾盤，諸如夾盤32，夾盤32用 于在100°C以上的植入。在某些實施例中，夾盤32被設計成可消除在該些溫度處的彎曲或 使該彎曲最小化。在此實施例中，夾盤32具有介電層81和導電電極82、83。盡管說明了兩個電極 82,83,但夾盤32可僅具有一個電極或具有超過兩個電極。電極82、83可電性連接至直流 電源或交流電源84。諸如夾盤32的靜電夾盤一般可被歸類為庫侖(Coulombic)或約翰遜-拉別克 (Johnsen-Rahbek)型。一個夾盤可合并Coulombic與Johnsen-Rahbek型。每種夾盤可具 有位于工件26與電極82、83之間的介電層81。交流電壓或直流電壓可施加至電極82、83。介電層81可由多種絕緣體材料制成，包括但不限于，諸如氧化鋁的陶瓷材料。用 于Coulombic夾盤的介電層用于不允許電荷遷移使得在Coulombic夾盤上的電荷總是駐留 在被夾持的電極和工件上。相反，Johnsen-Rahbek夾盤的介電層用于允許介電層附近的電 荷遷移。介電層的厚度、表面形狀、介電層的表面粗糙度可能是影響Johnsen-Rahbek夾盤 中電荷遷移的因素。介電層附近的此電荷遷移導致電荷在工件-介電質(zhì)界面附近的累積。 與Coulombic夾盤相比，由于Johnsen-Rahbek夾盤中相反電荷之間的距離更小，因此對于 相同的鉗位電壓，在Johnsen-Rahbek夾盤中的夾持壓力更大。
一般而言，摻雜程度決定夾盤32可操作的溫度范圍。若夾盤32為Johnsen-Rahbek 型夾盤，則可更改摻雜程度使得Johnsen-Rahbek效應在不同的溫度起作用且介電層81傳 導正確的電流范圍。舉例而言，對于修整植入(touch-up implant)而言，0+植入可在大約 400°C進行且亦可在大約50°C進行。作為另一實例，可在室溫進行H+植入。因此，植入可用 于允許Johnsen-Rahbek效應。在大約lkv的鉗位電壓的情況下，Johnsen-Rahbek型夾盤允許背面氣體壓力在30 托至50托的范圍。此范圍允許20kW氧離子(0+)束將工件26維持在400°C的溫度，其一般 適于SIM0X植入。此在圖5中說明，其說明了帶有背面氣體的夾盤的溫度與氣體壓力的比 較的實例。圖6是能夠執(zhí)行背面氣體熱耦合的夾盤的實施例。在某些實施例中，夾盤32可具 有背面氣體裝置以執(zhí)行背面氣體熱耦合。此處，氣體原子或分子87在工件26與夾盤32之 間流動。氣體原子或分子87打擊(strike)夾盤32的表面并獲得對應于夾盤32溫度的平 移能量和旋轉(zhuǎn)能量?？墒褂眠m應系數(shù)(accommodation coefficient)來描述對應于夾盤32 的溫度的此能量，適應系數(shù)描述了在原子或分子87與所打擊的表面之間所經(jīng)歷的耦合。適 應系數(shù)取決于原子或分子87的細節(jié)(諸如自由度)和所打擊的表面的細節(jié)(諸如粗糙度 或黏附系數(shù))。然后，熱化的原子或分子87可經(jīng)過工件26與夾盤32之間的間隙行進。若與原子 或分子87的平均自由路徑相比或碰撞之間所行進的平均距離相比，工件26與夾盤32之間 的距離較小，則經(jīng)過間隙的行程將是直的。當原子或分子到達工件26時，將與工件26發(fā)生 相同的熱化制程。若工件26比夾盤32更熱，則原子或分子87將自工件26吸收能量。若 夾盤32比工件26更熱，則原子或分子87將自夾盤32吸收能量。由于原子或分子87在工 件26與夾盤32之間行進，因此使兩個表面趨向于相同的溫度。以此方式，可加熱或冷卻工 件26。因為分子或原子隨后將相互間共享能量，若在氣體原子或分子87之間存在大量的碰 撞，則可使此傳熱的效率較低。在一實施例中，工件26被加熱或冷卻至大約300°C與600°C 之間。在一實例中，在大約15托，N2分子的平均自由路徑為大約20 iim。更高的氣體壓力 將意味著更多的原子在工件26與夾盤32之間傳熱，但也意味著更短的平均自由路徑。因 此，在較低壓力，傳熱與氣體壓力成比例。在壓力升高到一種平均自由路徑降低到夾盤-工 件分離的點時，上述的更多將開始下降。可通過保持夾盤32更靠近工件26來使用更高的 壓力。在大多數(shù)情況下，夾持壓力必須高于背面氣體壓力。在夾盤外部的熱源還可用于加熱工件26。圖7是使用多個燈來加熱晶圓的裝置的 一實施例。在此實施例中，可在存在背面氣體或不存在背面氣體的情況下操作工件26和夾 盤32之間的界面。工件26反射或吸收大部份熱。某些熱被傳輸，但夾盤32的電介質(zhì)可能不會變得像 工件26—樣熱。熱源可為至少一個燈90，諸如優(yōu)仕旺(Ushio)所制造的2kW QIH-240-2000。 熱源亦可為各種波長的激光器。舉例而言，可選擇一定波長的紅外線，該紅外線由工件26 有效地吸收以加熱工件26。在此實施例中，燈數(shù)組91被示出具有三個燈90。另一實施例具有i^一個燈90以 均勻地加熱工件26。這些燈為一個燈在另一個燈的上方排列的線性燈，但其可為圓形燈泡(circular bulb)并以圓形數(shù)組排列，或者為本領域技術人員已知的其它組態(tài)。燈90安裝 在反射鏡92的前面。在此實施例中，燈90在帶束24軌跡下方，當工件26處于垂直位置時加熱該工件 26?？蛇x擇水平加熱方位使得工件26可被解除夾持(de-clamped)，以減輕背面損傷。燈 90可在帶束24的上方，或同時在帶束24的上方和下方，或者可向帶束24撞擊工件26的同 一位置而散發(fā)熱。在此實施例中使用帶束24來執(zhí)行離子植入，但相同的制程亦可用于其它 形式的離子植入。在一實施例中，燈90加熱工件26至大約300°C與600°C之間。在常規(guī)的(regular)植入期間，光阻殘余物可能會涂布在燈90上。但在熱植入期 間不太可能發(fā)生這種情況，因為可使用固體屏蔽，而以聚合物為主的光阻超過100°C時劣化 (degrade)。為了避免此問題，在某些實施例中，燈數(shù)組91可具有蓋子以用于執(zhí)行常規(guī)的室 溫植入，或可機械地移動使得來自光阻釋氣(outgassing)的蒸汽不能在燈90或反射鏡92 上冷凝。在一實施例中，燈90可經(jīng)組態(tài)而被加熱來燒掉沉積于燈90和反射鏡92上的污染 物?；蛘?，在另一實施例中，燈90的溫度可持續(xù)地維持在高于蒸汽冷凝的溫度。工件26安置于夾盤32上。在此實施例中，夾盤32通過掃描儀機構93而在方向 94中平移。方向94將工件26和夾盤32自帶束24的路徑移動至用于由燈數(shù)組91加熱的 位置。在本文中所采用的術語和表達僅用于描述目的而不是限制目的。使用該等術語和表達的目的并不排除所示出和所描述的特點的任何等效物(或其一部份)，且應認識到在 申請專利范圍的范疇內(nèi)可能做出各種修改。其它的修改、變型和替代也是可能的。因此，前 文之描述僅是舉例說明而不是用來限制本發(fā)明。
權利要求
一種離子植入機，包括離子束源，用于將由氧與氮所構成的族群中選出的離子產(chǎn)生為具有一定劑量范圍的離子束，所述離子束的劑量范圍由氧大約1E17至4E17cm-2、氧大約1至3E15cm-2以及氮大約1E17至2E18cm-2所構成的族群中選出；分析器磁體，用于自所述離子束移除不想要的物質(zhì)；以及具有背面氣體熱耦合的靜電夾盤，所述靜電夾盤用于固持單個工件而通過具有所述劑量范圍的所述離子束來進行硅絕緣體的植入，所述靜電夾盤用于冷卻所述工件至大約300℃至600℃的溫度范圍。
2.根據(jù)權利要求1所述的離子植入機，其中所述離子束是帶束且所述靜電夾盤用于對 所述單個工件執(zhí)行一維掃描。
3.根據(jù)權利要求1所述的離子植入機，其中所述離子束源包括間接加熱的陰極離子源。
4.根據(jù)權利要求1所述的離子植入機，其中所述離子束源包括微波離子源。
5.根據(jù)權利要求1所述的離子植入機，其中所述離子束源包括感應耦合的RF離子源。
6.根據(jù)權利要求1所述的離子植入機，其中所述離子植入機用于在植入前預熱所述單 個工件至大約300°C至600°C的溫度范圍。
7.根據(jù)權利要求6所述的離子植入機，其中所述靜電夾盤用于預熱所述單個工件。
8.根據(jù)權利要求6所述的離子植入機，其中所述離子植入機還包括至少一個燈，所述 燈用于預熱所述單個工件。
9.根據(jù)權利要求1所述的離子植入機，其中所述背面氣體熱耦合提供至少大約15托的 背面氣體壓力。
10.一種離子植入機，包括離子束源，用于將由氫和氦所構成的族群選出的離子產(chǎn)生為具有一定劑量范圍的離子 束，所述劑量范圍是由氫大約5E15至SE16CnT2和氦大約5E15至SE16CnT2所構成的族群選出； 分析器磁體，用于自所述離子束移除不想要的物質(zhì)；以及具有背面氣體熱耦合的靜電夾盤，所述靜電夾盤用于固定單個工件而通過具有所述 劑量范圍的所述離子束來進行硅絕緣體的植入，所述靜電夾盤用于將所述工件冷卻至大約 300°C至600°C的溫度范圍。
11.根據(jù)權利要求10所述的離子植入機，其中所述離子束是帶束且所述靜電夾盤用于 對所述單個工件執(zhí)行一維掃描。
12.根據(jù)權利要求10所述的離子植入機，其中所述離子束源包括間接加熱的陰極離子源。
13.根據(jù)權利要求10所述的離子植入機，其中所述離子束源包括微波離子源。
14.根據(jù)權利要求10所述的離子植入機，其中所述離子束源包括感應耦合的RF離子源。
15.根據(jù)權利要求10所述的離子植入機，其中所述離子植入機用于在植入前將所述單 個工件預熱至大約300°C至600°C的溫度范圍。
16.根據(jù)權利要求15所述的離子植入機，其中所述靜電夾盤用于預熱所述單個工件。
17.根據(jù)權利要求15所述的離子植入機，其中所述離子植入機還包括至少一個燈，所述燈用于預熱所述單個工件。
18.根據(jù)權利要求10所述的離子植入機，其中所述背面氣體熱耦合提供至少大約15托 的背面氣體壓力。
19.一種用于在單晶圓離子植入機中進行硅絕緣體植入的方法，包括產(chǎn)生由劑量為大約5E15至8E16cnT2的氫、劑量為大約5E15至8E16cnT2的氦、劑量為大約 1E17至4E17cnT2的氧、劑量為大約1至3E15cnT2的氧以及劑量為大約1E17至2E18cnT2的氮所 構成的族群中選出的離子束；分析所述離子束以移除不想要的物質(zhì)；實質(zhì)上保持單個工件以用于在具有背面氣體熱耦合的靜電夾盤上進行硅絕緣體的制造；通過所述離子束來植入所述單個工件；以及使用所述靜電夾盤將所述單個工件冷卻至大約300°C至600°C的溫度范圍。
20.根據(jù)權利要求19所述的用于在單晶圓離子植入機中進行硅絕緣體植入的方法，其 中通過間接加熱的陰極離子源來產(chǎn)生所述離子束。
21.根據(jù)權利要求19所述的用于在單晶圓離子植入機中進行硅絕緣體植入的方法，其 中通過微波離子源來產(chǎn)生所述離子束。
22.根據(jù)權利要求19所述的用于在單晶圓離子植入機中進行硅絕緣體植入的方法，其 中通過感應耦合的RF離子源來產(chǎn)生所述離子束。
23.根據(jù)權利要求19所述的用于在單晶圓離子植入機中進行硅絕緣體植入的方法，其 中所述方法還包括使用所述靜電夾盤將所述單個工件預熱至大約300°C至600°C的溫度范 圍。
24.根據(jù)權利要求19所述的用于在單晶圓離子植入機中進行硅絕緣體植入的方法，其 中所述方法還包括使用至少一個燈來將所述單個工件預熱至大約300°C至600°C的溫度范圍。
25.根據(jù)權利要求19所述的用于在單晶圓離子植入機中進行硅絕緣體植入的方法，其 中所述離子束為帶束且通過對所述工件進行一維掃描以利用所述帶束來對所述單個工件 進行植入。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種離子植入機。一個這樣的離子植入機包括離子束源和分析器磁體，此離子束源用于產(chǎn)生氧、氮、氦或氫離子為具有特定劑量范圍的離子束，此分析器磁體用于自離子束移除不想要的物質(zhì)。此離子植入機包括一種具有背面氣體熱耦合的靜電夾盤，此靜電夾盤用于固持單個工件來通過離子束進行硅絕緣體的植入且用于將此工件冷卻至大約300℃至600℃的溫度范圍。
文檔編號H01L21/265GK101802980SQ200880107324
公開日2010年8月11日 申請日期2008年9月17日 優(yōu)先權日2007年9月27日
發(fā)明者喬納森·吉羅德·英格蘭, 朱利安·G·布雷克, 由里·艾洛克海 申請人:瓦里安半導體設備公司