專利名稱：改進(jìn)的同步多離子注入工藝及使用該工藝制作的裝置半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作方法
改進(jìn)的同步多離子注入工藝及使用該工藝制作的裝置半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)相關(guān)申請的交叉引用本申請根據(jù)35U.S.C§ 120要求在2010年11月19日提交的美國申請12/950，440的權(quán)益，其內(nèi)容通過參考的方式并入于此。背景本文公開的特征、方面和實(shí)施例涉及使用改進(jìn)的同步多離子注入工藝的半導(dǎo)體器件(諸如絕緣體上的半導(dǎo)體(SOI)結(jié)構(gòu))的制造。迄今為止，在絕緣體上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中最普遍使用的半導(dǎo)體材料是硅。在這篇文獻(xiàn)中這些結(jié)構(gòu)被稱為絕緣 體上硅結(jié)構(gòu)并且對這些結(jié)構(gòu)冠以簡稱“SOI?！睂τ诟咝阅鼙∧ぞw管、太陽能電池、熱電轉(zhuǎn)換設(shè)備、及諸如有源矩陣顯示器之類的顯示器，SOI技術(shù)正變得日益重要。SOI結(jié)構(gòu)可包括絕緣材料上基本為單晶硅的薄層。獲得SOI結(jié)構(gòu)的各種方式包括硅(Si)在網(wǎng)格匹配基底上的外延生長。一種替代工藝包括單晶硅晶片與其上已生長了 SiO2的氧化物層的另一硅晶片的鍵合，然后是將頂部晶片拋光或蝕刻為例如0.05到0.3微米的單晶硅層。進(jìn)一步的方法包括離子注入方法，其中氫或氧離子被注入以在氧離子注入的情況下在由Si在頂部的硅晶片中形成掩埋的氧化物層，或者在氫離子注入的情況下將薄Si層分離(剝落)以鍵合到具有氧化物層的另一硅晶片。通過這些方法來制造SOI結(jié)構(gòu)成本很高。涉及氫離子注入的后一種方法已經(jīng)受到一些關(guān)注，并且已經(jīng)被認(rèn)為是相對前一種方法有優(yōu)勢的，因?yàn)樗璧淖⑷肽芰勘妊蹼x子注入所需的注入能量少50%，并且所需的劑量要低兩個數(shù)量級。美國專利7，176，528公開了一種在玻璃(SiOG)結(jié)構(gòu)上生產(chǎn)硅的工藝。這些步驟包括:(i )將硅晶片表面暴露于氫離子注入以創(chuàng)建鍵合表面；(ii )使晶片的鍵合表面與玻璃基底接觸；(iii)向晶片和玻璃基底施加壓強(qiáng)、溫度和電壓以促進(jìn)期間的鍵合；(iv)將該結(jié)構(gòu)冷卻為常溫；以及(V)將玻璃基底和硅薄層從該硅晶片分離。盡管所述用于制作SOI結(jié)構(gòu)的制造工藝已經(jīng)成熟，然而采用這些工藝的最終產(chǎn)品的商業(yè)生存能力和/或應(yīng)用仍受成本擔(dān)憂的限制。使用美國專利7，176，528中所公開的工藝來制造SOI結(jié)構(gòu)的大量成本是在離子注入步驟中帶來的。據(jù)信，執(zhí)行該離子注入工藝的成本的降低會改善SOI結(jié)構(gòu)的商業(yè)應(yīng)用。相應(yīng)地，期望繼續(xù)提高生產(chǎn)SOI結(jié)構(gòu)的效率。在成本異常高的離子注入工藝的各領(lǐng)域中，包括需要準(zhǔn)備并且使其可操作的資源、離子源以及用于注入的工具。例如，當(dāng)采用離子等離子體來作為用于注入的離子的源時(shí)，需要某種類型的等離子體生成器，電弧室(arc chamber)等等。需要大量資源(時(shí)間、人力以及金錢)來準(zhǔn)備電弧室并且使其可操作。此外，存在與使半導(dǎo)體晶片(要用離子來注入的工作片)準(zhǔn)備好接收離子相關(guān)聯(lián)的大量成本。例如，通常采用某種類型的大氣控制室(常被稱為末端站)來建立用于注入的期望條件。這些條件可包括仔細(xì)控制該室內(nèi)的真空、溫度、濕度、潔凈度等。同樣，需要大量資源(時(shí)間、人力和金錢)來使末端站針對給定的離子注入工藝準(zhǔn)備好并且可操作。
當(dāng)對將超過一個種類的離子注入到給定半導(dǎo)體晶片中感興趣時(shí)，以上成本問題惡化。的確，一種進(jìn)行多離子種類注入的現(xiàn)有技術(shù)方法是使用單一機(jī)器方法(例如，設(shè)置有單一離子源的單一注入器)來每次注入一個種類的離子。這通常涉及:設(shè)置用于一個種類的離子的源、加速器設(shè)備、以及末端站，注入該種類，以及隨后逐漸減少(ramp down)該設(shè)置，并為下一種類的離子重復(fù)該設(shè)置。盡管末端站設(shè)置可在離子種類變換過程中保留，然而從一個種類到另一個種類的離子源的變換(包括清除記憶效應(yīng))是非常耗時(shí)且高成本的。一種替代系統(tǒng)可采用雙機(jī)器方法(兩個分離的注入器，每個注入器具有專用離子源)來每次注入一個種類的離子。這通常涉及為兩個種類的離子源均設(shè)置源和加速器設(shè)備。半導(dǎo)體晶片被放入所述末端站之一中，使其進(jìn)入適當(dāng)?shù)拇髿鈼l件，并且注入所述離子種類之一。隨后將該半導(dǎo)體晶片帶回環(huán)境條件、轉(zhuǎn)移到另一末端站、并且?guī)Щ赜糜诘诙x子種類的注入的適當(dāng)?shù)拇髿鈼l件。從而，盡管與轉(zhuǎn)移單一源相關(guān)聯(lián)的延遲被減少或消除，然而半導(dǎo)體晶片通過兩個不同末端站的循環(huán)是耗時(shí)且高成本的。因?yàn)樾枰趦蓚€末端站之間的傳輸，所以在雙機(jī)器方法中基底污染的可能性也明顯更高。因此，不管采用哪種方法(單機(jī)器或雙機(jī)器)，與準(zhǔn)備在多離子種類注入工藝期間使用的離子源和/或末端站并且使其可操作相關(guān)聯(lián)的成本是過度的。已經(jīng)對將超過一個種類的離子注入給定半導(dǎo)體晶片的現(xiàn)有技術(shù)方法做出改進(jìn)。例如，一種新方法是同時(shí)將兩個種類的離子均注入半導(dǎo)體晶片中。此方法的細(xì)節(jié)可以在提交日為 2010 年 2 月 2 日，標(biāo)題為 “SEMICONDUCTOR STRUCTURE MADE USING IMPROVED IONIMPLANTATION PROCESS (使用改進(jìn)的離子注入工藝制造的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu))”的共同持有且共同待決的美國序列12/709,833 中找到，通過援引將其整個公開整體納入于此。盡管此新方法是非常有前景的，然而已經(jīng)進(jìn)行了更多的研究和改進(jìn)，據(jù)信這些研究和改進(jìn)提供了相對于前述工藝提供了即便不是重大的優(yōu)勢，也是合理的替代。

發(fā)明內(nèi)容
盡管本文公開的特征、方面和實(shí)施例可能是聯(lián)系絕緣體上的半導(dǎo)體(SOI)結(jié)構(gòu)來討論的，然而有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員將理解，此公開不必局限于SOI制造。的確，本文公開的最寬的可保護(hù)的特征、方面等適用于其中需要將離子注入到半導(dǎo)體材料中(或上)的任何工藝，無論這種半導(dǎo)體材料是與絕緣體結(jié)合使用還是其他。然而，為便于呈現(xiàn)，本文的公開可能是聯(lián)系SOI結(jié)構(gòu)的制造做出的。本文對SOI結(jié)構(gòu)做出的具體的參考是為了便于解釋所公開的實(shí)施例，而非旨在、并且不應(yīng)被解釋為以任何方式限制權(quán)利要求的范圍。SOI這一簡稱在本文中用來一般性地指代絕緣體上的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括但不限于:玻璃上的半導(dǎo)體(S0G)結(jié)構(gòu)、絕緣體上的硅(SOI)結(jié)構(gòu)、以及玻璃上的硅(SiOG)結(jié)構(gòu)，其還包含玻璃-陶瓷上的硅結(jié)構(gòu)。在本說明書的上下文中，SOI還可以指半導(dǎo)體上的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，注入硅上的硅結(jié)構(gòu)等等。根據(jù)本文的一個或多個實(shí)施例，用于形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法和裝置，包括:使半導(dǎo)體晶片的注入表面經(jīng)受離子注入工藝以在其中創(chuàng)建剝落層，其中所述離子注入工藝包括將兩個不同種類的離子注入到該半導(dǎo)體晶片的該注入表面中，每個種類是同時(shí)注入的。通過結(jié)合附圖對實(shí)施例的描述，其他方面、特征、優(yōu)點(diǎn)等對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將變得顯而易見。
附圖簡述為了說明本文公開的各方面和特征的目的，以附圖形式示出了目前優(yōu)選的，然而應(yīng)當(dāng)理解，所涵蓋的實(shí)施例不限于所示出的精確安排和手段。

圖1是示出根據(jù)本文公開的一個或多個實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的框圖；圖2-5是示出使用制造圖1的半導(dǎo)體器件的工藝形成的中間結(jié)構(gòu)的示意圖；以及圖6是始于用離子來注入施主半導(dǎo)體晶片以產(chǎn)生在制造圖1的半導(dǎo)體器件時(shí)有用的裝置(單束注入工具)的簡化框圖和示意圖。詳細(xì)描述參考附圖，其中相同的標(biāo)號指示相同的元件，圖1中示出了根據(jù)本文公開的一個或多個實(shí)施例的基底上的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100。為了提供討論本文公開的最廣的可保護(hù)特征和方面的一些具體上下文，假定該基底上的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100是SOI結(jié)構(gòu)，諸如玻璃上的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。SOI結(jié)構(gòu)100可包括基底102以及半導(dǎo)體層104。這種SOI結(jié)構(gòu)100可具有與制造薄膜晶體管(TFT)相聯(lián)系的適當(dāng)用途，例如，用于顯示器應(yīng)用的，包括有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)顯示器和液晶顯示器(IXD)、集成電路、光伏設(shè)備等。盡管未要求，然而層104的半導(dǎo)體材料可以是基本上單晶的材料的形式。用基本上這一詞來描述層104是為了考慮到以下事實(shí):半導(dǎo)體材料通常包含固 有的或特意添加的至少一些內(nèi)部或表面缺陷，諸如晶格缺陷或一些粒度邊界。“基本上”一詞還反映了以下事實(shí):某些摻雜無可能扭曲或以其他方式影響成塊半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)。為了討論的目的，假定:半導(dǎo)體層104是由硅形成的。然而，應(yīng)當(dāng)理解，該半導(dǎo)體材料可以是基于硅的半導(dǎo)體或任何其他類型的半導(dǎo)體，諸如II1-V、I1-1V、I1-1V-V等類的半導(dǎo)體。這些材料的示例包括:硅(Si )、鍺摻雜的硅(SiGe )、碳化硅(SiC)、鍺(Ge )、砷化鎵(GaAs),GaP 和 InP?；?02可以是展示出任何期望性質(zhì)的任何期望材料。例如，在一些實(shí)施例中，基底102可以由半導(dǎo)體材料形成，諸如上面列出的各種材料。根據(jù)替代實(shí)施例，基底102可以是絕緣體，諸如玻璃、氧化物玻璃、或氧化物玻璃-陶瓷。如在氧化物玻璃和氧化物玻璃-陶瓷之間，該玻璃可具有制造更加簡單的優(yōu)點(diǎn)，從而使得它們可更廣泛地獲得并且更不昂貴。作為示例，玻璃基底102可以由包含堿土離子的玻璃形成，諸如:由康寧公司第1737號玻璃成分或康寧公司第EAGLE2000 號玻璃成分制造的基底。這些玻璃材料在例如生產(chǎn)液晶顯示器中有特定用途。盡管本文特別感興趣的主題涉及將離子注入到半導(dǎo)體材料中，然而相信，在用于制造S0I100的具體工藝方面提供一些附加的上下文是有益的。因此，現(xiàn)在參考圖2-5，它們示出了可以執(zhí)行前面提到的離子注入以制造圖1的SOI結(jié)構(gòu)100的一般性工藝(以及所得到的中間結(jié)構(gòu))。首先轉(zhuǎn)向圖2，準(zhǔn)備施主半導(dǎo)體晶片120，諸如通過拋光、清潔等，以生產(chǎn)始于鍵合到基底102 (例如，玻璃或玻璃-陶瓷基底)的相對平坦且均勻的注入表面。為了討論的目的，半導(dǎo)體晶片120可以是基本上單晶的Si晶片，盡管如同上面討論的，可以采用任何其他適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體導(dǎo)體材料。通過使注入表面122經(jīng)受離子注入工藝來在施主半導(dǎo)體晶片120的注入表面121下方創(chuàng)建弱化區(qū)域123來創(chuàng)建剝落層122。盡管此離子注入工藝才是本文的公開的焦點(diǎn)，然而在此處僅對用于創(chuàng)建弱化區(qū)域123的工藝做出一般性的參考。然而，在本說明書中稍后，將提供對特別感興趣的一種或多種離子注入工藝的更詳細(xì)的討論。可以調(diào)節(jié)使用的離子注入能量來實(shí)現(xiàn)剝落層122的大致厚度，注入在約300-500nm之間，然而可以實(shí)現(xiàn)任何合理的厚度。將離子注入到施主半導(dǎo)體晶片120的影響是使晶格中的原子從它們的正常位置移位。當(dāng)晶格中的原子被離子擊中時(shí)，該原子被迫離開位置，從而創(chuàng)建了主要缺陷的、空缺的和填隙的原子，這被稱為Frenkel對。如果在接近室溫下執(zhí)行注入，則主要缺陷的組分移動并且創(chuàng)建許多類型的次級缺陷，諸如空缺群集等。參考圖3，可使用電解工藝(在本文中也成為陽極鍵合工藝)將基底102鍵合到剝落層122。適當(dāng)?shù)碾娊怄I合工藝的基礎(chǔ)可以在美國專利7，176，528中找到，其整個公開通過援引納入于此。此工藝的各部分在下面討論；然而，本文描述的一個或多個實(shí)施例涉及對美國專利7，176，528的離子注入工藝的修改。在該鍵合工藝中，可對基底102 (以及剝落層122，如果尚未做過的話)執(zhí)行適當(dāng)?shù)谋砻媲鍧?。然后，使中間結(jié)構(gòu)直接或間接接觸。所得到的中間結(jié)構(gòu)從而是棧，包括施主半導(dǎo)體晶片120、剝落層122和玻璃基底102的成塊材料層。在接觸之前或之后，施主半導(dǎo)體晶片120、剝落層122和玻璃基底102的棧被加熱(由圖3中的箭頭指示)。使玻璃基底102和施主半導(dǎo)體晶片120達(dá)到足以引發(fā)棧內(nèi)的離子遷移以及其間的陽極鍵合的溫度。溫度取決于施主晶片120的半導(dǎo)體材料和玻璃基底102的性質(zhì)。例如，可以使結(jié)的溫度在玻璃基底102的應(yīng)變點(diǎn)的約+/-350° C內(nèi)，更具體而言，在該應(yīng)變點(diǎn)的約-250° C和0° C之間，和/或在該應(yīng)變點(diǎn)的約-100° C和-50° C之間。取決于玻璃的類型，該溫度可以在約500-600° C范圍內(nèi)。

除了上面討論的溫度性質(zhì)外，向中間組件施加機(jī)械壓強(qiáng)(如圖3中的箭頭所指示的)。壓強(qiáng)范圍可以在約I到約50psi之間。施加更高壓強(qiáng)(例如，高于IOOpsi的壓強(qiáng))可能導(dǎo)致玻璃基底102的斷裂。還跨越該中間組件施加電壓(如圖3中的箭頭所指示的)，例如，其中施主半導(dǎo)體晶片120在正電極處而玻璃基底102在負(fù)電極處。電壓電勢的施加導(dǎo)致玻璃基底102中的堿和堿土離子遠(yuǎn)離半導(dǎo)體/玻璃界面進(jìn)一步向玻璃基底102中移動。更具體而言，玻璃基底102的正離子(包括基本上所有的改性劑(modifier)正離子)遠(yuǎn)離施主半導(dǎo)體晶片120的較高電壓電勢遷移，形成:(I)鄰接脫落層122的玻璃基底102中的減少正離子濃度層；以及
(2)鄰接該減少正離子濃度層的玻璃基底102的增加正離子濃度層。此形成導(dǎo)致阻擋功能，即，阻止正離子從氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷通過減少正離子濃度層遷移并進(jìn)入半導(dǎo)體層。參考圖4，在將該中間組件保持在溫度、壓強(qiáng)和電壓條件下足夠長的時(shí)間后，移除電壓并且允許該中間組件冷卻到室溫。在加熱期間、在停留期間、在冷卻期間和/或在冷卻后的某點(diǎn)處，將施主半導(dǎo)體晶片120和玻璃基底102分離。如果剝落層122尚未變得完全自由于施主120的話，這可包括某種剝離。結(jié)果是帶有由鍵合到玻璃基底的施主半導(dǎo)體層120的半導(dǎo)體材料形成的相對薄的剝落層122的玻璃基板。該分離可經(jīng)由由熱應(yīng)力導(dǎo)致的剝落層122的破裂實(shí)現(xiàn)。替代地或附加地，可使用注入噴水切割或化學(xué)蝕刻等機(jī)械應(yīng)力來協(xié)助此分尚。
就在剝落后，SOI結(jié)構(gòu)100的裂開的表面125可呈現(xiàn)出表面粗糙度、過量的硅層厚度、和/或娃層的注入損害(例如，由于非晶質(zhì)化(amorphized)的娃層的形成)。取決于注入能量和注入時(shí)間，剝落層122的厚度可以在約300-500nm量級上，然而其他厚度也可能是適當(dāng)?shù)?。這些性質(zhì)可以使用后綁定工藝來改變以從剝落層122前進(jìn)并產(chǎn)生半導(dǎo)體層104的期望性質(zhì)(圖1)。注意，施主半導(dǎo)體晶片120可被重新用來繼續(xù)生產(chǎn)其他SOI結(jié)構(gòu)100。現(xiàn)在參考圖5，圖5同樣涉及通過使施主半導(dǎo)體晶片120的注入表面121經(jīng)受離子注入工藝來在施主半導(dǎo)體晶片120的注入表面121下方創(chuàng)建弱化區(qū)域123來創(chuàng)建剝落層122。根據(jù)一個或多個實(shí)施例，離子注入工藝包括將兩個不同種類的離子注入到施主半導(dǎo)體晶片120的注入表面121。根據(jù)優(yōu)選方面，這兩個不同種類的離子是使用改進(jìn)的裝置和工藝同時(shí)注入的。參考圖6，可以在單束注入工具150中執(zhí)行兩個不同類型的離子的注入。這樣的工具150可以用商業(yè)方式購買并隨后被修改來實(shí)現(xiàn)本文描述的工藝，或者可以開發(fā)基本全新的工具。因?yàn)樽⑷牍ぞ叩脑O(shè)計(jì)和操作原理可能不同，所以設(shè)備和/或操作的具體修改將留給熟練的技術(shù)人員，但是應(yīng)當(dāng)是基于本文的描述的。圖6的離子注入工具150以高級示意圖形式示出，并包括等離子體源152，其本身包括第一和第二等離子體源152AU52B。更具體地，各源152A、152B包括第一和第二氣源，例如，第一罐202和第二罐204，每個饋送各室202A、204A。罐202和204是產(chǎn)生在等離子體室中的等離子體生成所需的氣蒸汽的區(qū)域。罐202、204可包含氣體、液體或固體。對于液體和固體，需要一定程度的加熱來生成氣蒸汽。作為氣態(tài)源，罐202、204的每一個包括包含各種類原子和/或分子的各氣體。例如，第一罐202可包含氫的原子和/或分子，而第二罐204可包含氦的原子和/或分子。其他原子和/或分子種類也是可能的，諸如從由以下各項(xiàng)組成的組中獲取的:硼、氫、 氦、和/或其他適當(dāng)種類的原子和/或分子。根據(jù)一個或多個實(shí)施例，各室202A、204A的一個和兩個可包括從與那里相關(guān)聯(lián)的氣體產(chǎn)生等離子體所需的結(jié)構(gòu)元素。例如，第一室202A可以使用電弧室來實(shí)現(xiàn)，電弧室包括從罐202接收氣體并且產(chǎn)生第一等離子體源所必需的磁體、燈絲、反射器、能量源等。室204A中可包括類似結(jié)構(gòu)。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚地知道使用例如電弧室從氣體產(chǎn)生等離子體所必需的基本結(jié)構(gòu)元件。然而，應(yīng)當(dāng)理解，可附加地或替代地采用用于從氣體產(chǎn)生等離子體的任何其他適當(dāng)和已知的技術(shù)。從而，包括第一種類的離子的等離子體源152A(第一等離子體)可在第一室202A內(nèi)產(chǎn)生，而包括不同的第二種類的離子的等離子體源152B(第二等離子體)可在第二室204A內(nèi)產(chǎn)生。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，取決于氣體內(nèi)的原子和/或分子的種類，等離子體可包括不同類型的離子，而仍舊在一種類內(nèi)。例如，在氫的情況下，第一等離子體可包括H離子、H2離子和H3離子。在氦的情況下，該第二等離子體可僅包括He4離子。如上所述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解需要相當(dāng)多的時(shí)間將室從冷開始上升(rampup)到合適產(chǎn)生高密度等離子體的狀態(tài)。實(shí)際上，設(shè)置時(shí)間包括調(diào)整離子種類，以及磁體、燈絲、反射體、能量源等，必須都上升并停留在用于等離子體生成的合適情況下。如下面進(jìn)一步討論的，第一和第二室202A、204A的每一個，然而，可被上升并準(zhǔn)備好同時(shí)產(chǎn)生等離子體。第一和第二等離子體的同時(shí)產(chǎn)生具有顯著的成本節(jié)約優(yōu)點(diǎn)，至少因?yàn)椴恍枰獮榈谝坏入x子體的第一設(shè)置，跟隨著為第二等離子體的減少并重新設(shè)置。相反，高效地只有一個設(shè)置時(shí)間(兩個室被平行設(shè)置)，而沒有在從一個種類的離子切換到另一個上的時(shí)間損失。以下將結(jié)合已呈現(xiàn)的系統(tǒng)150的其它方面討論其它優(yōu)點(diǎn)。值得注意的是，包括第一種類離子的第一等離子體源152A，將第一等離子體沿著第一軸Al引導(dǎo)出去。類似的，包括第二種類離子的第二等離子體源152B，將第二等離子體沿著第二軸A2引導(dǎo)出去。各軸A1、A2明顯不同，每個軸由相對參照R的各角度標(biāo)示，被示為沿著垂直各源152AU52B與系統(tǒng)150的下一階段(加速系統(tǒng)170)相通。第一源152A的輸出與加速器系統(tǒng)170的第一輸入(或進(jìn)口)172A相通,加速器系統(tǒng)170的輸入與第一等離子體相通，并接收第一等離子體。類似地，第二源152B的輸出與加速器系統(tǒng)170的第二輸入(或進(jìn)口)172B相通，其輸入與第二等離子體相通，并接收第二等離子體。加速器系統(tǒng)170操作以沿著來自各源152A、152B的各第一和第二軸Al、A2同時(shí)加速第一和第二種類的離子。加速器系統(tǒng)170以第一大小加速第一種類離子通過并朝向半導(dǎo)體晶片120，而同時(shí)以不同于第一大小的第二大小加速第二種類離子通過并朝向半導(dǎo)體晶片120。更具體而言，加速器系統(tǒng)170包括任何數(shù)量的電極，例如示出了三個這樣的電極208A、208B，和210。在電極208A、210之間和電極208B、210之間建立合適的、各自的、電壓電勢(可以是在數(shù)十到數(shù)百范圍的千伏)。因此，在電極208A、210之間建立第一大小的第一電場，其操作以沿著第一軸Al加速來自第一等離子體的第一種類離子。類似地，在電極208B、210之間建立不同于第一大小的第二大小的第二電場，其操作以沿著第二軸A2加速來自第二等離子體的第二種類離子。

加速器系統(tǒng)170包括分析器磁體180，并使得第一和第二種類離子朝著分析器磁體180加速并通過分析器磁體180。分析器磁體180包括第一和第二離子輸入180A、180B以及離子輸出180C。第一離子輸入180A與已沿著第一軸Al加速的來自第一等離子體的第一種類的離子相通，并接收它們，而第二離子輸入180B與已沿著第二軸Al加速的來自第二等離子體的第二種類離子相通，并接收它們。分析器磁體180操作以把來自第一等離子體的第一種類離子的軌跡改變第一量，使得第一離子束，包括第一種類離子沿著第三軸A3通過輸出180C離開。分析器磁體180操作以把來自第二等離子體的第二種類離子的軌跡改變不同于第一量的第二量，使得第二離子束，包括第二種類離子沿著第三軸A3通過輸出180C離開。來自第一和第二等離子體的離子的軌跡的改變將取決于各種因素，包括由分析器磁體180產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度、在分析器內(nèi)離子進(jìn)入軌跡和離開軌跡角度之間的角度、離子的質(zhì)荷比、離子通過磁體180時(shí)的加速度大小等等，這都是本領(lǐng)域已知的。加速器系統(tǒng)170向第一和第二等離子體施加(不同大小的)不同電場，從而將各第一和第二種類離子加速到展示不同動量的速度。事實(shí)上，記住，第一和第二等離子體包括，例如，H離子、H2離子、H3離子，和He4離子。這些類型的離子的每個是不同物質(zhì)，并且因此每個類型的離子將通過分析器磁體180獲得不同的動量。分析器磁體180向第一和第二種類離子兩者施加給定磁場。由于不同種類例子具有不同動量，給定磁力通過不同量改變各第一和第二種類離子的軌跡。因此，分析器磁體180改變來自第一等離子體的第 一種類離子的軌跡，產(chǎn)生沿著第三軸A3的至少一個第一離子束，并同時(shí)改變來自第二等離子體的第二種類離子的軌跡，產(chǎn)生沿著相同的第三軸A3的至少一個第二離子束。通過改變相對于分析器的源角度B1、B2 (對分析器的入射角)，一種類的離子的成分可被引導(dǎo)到第三軸A3。通過改變兩個源角度，兩個成分(種類的離子)(每個從二選一的等離子體即202A和204A生成)可被引導(dǎo)到第三軸A3。圖6中的角度BI和B2是可調(diào)節(jié)的并允許相關(guān)成分(離子種類)的改變，以及對加速電壓(由電極208A和208B產(chǎn)生)的改變。在使得沿著第一和第二軸A1、A2的兩個所選離子束與第三軸A3 —致上，改變BI和B2是關(guān)鍵。即使在一個種類，例如氫離子內(nèi)，原子之間也可能有不同數(shù)量的原子粘合，并因此導(dǎo)致H原子、H2原子和H3原子每個具有不同的動量。類似地，He4離子將具有不同于氫離子的動量。因此，當(dāng)相關(guān)聯(lián)的離子束具有相對于分析器相同的入射角時(shí)，H離子、H2離子、H3離子，和He4離子在不同軌跡上離開分析器磁體180。為了示例的目的，假設(shè)注入半導(dǎo)體晶片120的所需尚子種類是H2尚子和He4尚子。因此,設(shè)置各第一和第二電場、第一和第二尚子束(各種離子)相對于分析器的各入射角、磁力等，使得H2離子和He4離子兩者實(shí)現(xiàn)沿著第三軸A3的軌跡。這可能導(dǎo)致其它類型的離子，甚至在相同種類內(nèi)，雜散離開第三軸A3，諸如H和H3離子，而不能到達(dá)半導(dǎo)體晶片120。系統(tǒng)150還包括末端站190，末端站190操作以支撐并平移半導(dǎo)體晶片120，使得第一和第二種類的離子同時(shí)轟擊注入表面121來在其中創(chuàng)建剝落層122。末端站190包括傳輸機(jī)構(gòu)212，該傳輸機(jī)構(gòu)準(zhǔn)許·半導(dǎo)體晶片120在適當(dāng)方向平移或掃描(參見雙向箭頭)，使得相應(yīng)的離子束描繪半導(dǎo)體晶片120并實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)哪繕?biāo)劑量。在替代末端站配置中，可以采用旋轉(zhuǎn)工藝盤來旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體晶片120穿過離子束，而不是圖6中示出的半導(dǎo)體晶片的相對線性的平移。末端站190還操作以維持受控大氣，在注入期間半導(dǎo)體晶片120在該受控大氣內(nèi)。優(yōu)選地，該大氣包括適當(dāng)?shù)恼婵?、溫度、濕度、潔凈度等。關(guān)于此，末端站190包括與來自加速器系統(tǒng)170的輸出相通的輸入，由此離子束可被接收，但是受控大氣不會丟失。在兩種類離子注入期間維持末端站190內(nèi)的大氣條件的能力節(jié)約了可觀的時(shí)間。此外，如上面討論的，不需要在注入之間在上升第一或第二室上花時(shí)間。相反，兩個室準(zhǔn)備好了并且系統(tǒng)150同時(shí)使用第一和第二等離子體兩者。這個結(jié)果是很顯著的成本和時(shí)間節(jié)約。同時(shí)注入兩個種類離子的能力將工藝時(shí)間從執(zhí)行兩個分開的注入減少為僅執(zhí)行單個注入。這提供了增強(qiáng)的產(chǎn)量導(dǎo)致進(jìn)一步的成本節(jié)約。單個工具現(xiàn)在可以完成與采用兩個單束離子注入的雙機(jī)器類似的產(chǎn)量。這接著提供了場地空間的節(jié)約，設(shè)施成本的節(jié)約，和資金成本。盡管已具體地參考各工具150、200的結(jié)構(gòu)討論了上述實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解也可以向一個或多個過程施加創(chuàng)新方面。在這一點(diǎn)上，形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法可包括:沿著第一軸引導(dǎo)來自第一等離子體的源(第一等離子體)的第一種類離子，第一等離子體包括第一種類離子；沿著第二軸引導(dǎo)來自第二等離子體的源(第二等離子體)的第二種類離子，第二等離子體包括不同的第二種類離子；在第一大小上朝著半導(dǎo)體晶片加速第一種類離子；并且同時(shí)在不同于第一大小的第二大小上朝著該半導(dǎo)體晶片加速第二種類的離子。該方法也可以包括:施加第一大小的第一電場，以沿著第一軸加速來自第一等離子體的第一種類的離子；施加不同于第一大小的第二大小的第二電場，以沿著第二軸加速來自第二等離子體的第二種類的離子。第一和第二電場可被同時(shí)施加。結(jié)果，該方法可以進(jìn)一步包括:沿著第一軸向第一種類離子施加第一動量；并沿著第二軸向第二種類離子施加不同于第一動量的第二動量。同樣，第一和第二動量可同時(shí)施加。該方法可以附加地或可替代地包括:按第一量改變來自第一等離子體的第一種類的離子的軌跡，使得包括第一種類離子的第一離子束通過那里的輸出沿著第三軸離開；并且按不同于第一量的第二量改變來自第二等離子體的第二種類離子的軌跡，使得包括第二種類離子的第二離子束通過那里的輸出沿著第三軸離開。第一和第二離子束各自可朝著半導(dǎo)體晶片被加速。改變各個第一和第二離子束的第一和第二量類似地可同時(shí)執(zhí)行。該方法可附加地或替換地包括將半導(dǎo)體晶片放置在注入期間提供受控大氣的末端站中。這樣的受控大氣可包括在注入期間在末端站中維持真空。盡管參照特定細(xì)節(jié)在此對各方面、特征，和實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些細(xì)節(jié)僅僅是對更寬的原理和應(yīng)·用的說明。因此應(yīng)當(dāng)理解，對這些說明性實(shí)施例可作出許多修改，并且可構(gòu)思出其它配置而不背離精神和由所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于注入兩個種類的離子的裝置，包括: 第一等離子體的源，即第一等離子體，所述第一等離子體包括第一種類的離子； 第二等離子體的源，即第二等離子體，所述第二等離子體包括不同的第二種類的離子；以及 與所述第一和第二等離子體的源相通的加速器系統(tǒng)，并操作用于:(i)以第一大小沿著第一軸加速所述第一種類的離子使其通過并朝向半導(dǎo)體晶片，且(ii)同時(shí)以不同于所述第一大小的第二大小沿著第二軸加速所述第二種類的離子使其通過并朝向該半導(dǎo)體晶片。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括:末端站，操作以支撐并平移所述半導(dǎo)體晶片，使得所述第一和第二種類的離子同時(shí)轟擊所述半導(dǎo)體晶片的所述注入表面以在那里創(chuàng)建剝落層。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述末端站操作以維持受控的大氣，在注入期間所述半導(dǎo)體晶片被置于所述受控的大氣內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于: 所述第一等離子體的源包括與第一室相通的第一種類的原子和/或分子的源，所述第一室操作用于從所述第一種類的原子和/或分子中產(chǎn)生具有第一種類的離子的等離子體；以及 所述第二等離子體的源包括與第二室相通的第二種類的原子和/或分子的源，所述第二室操作用于從所述第二種類的原子和/或分子中產(chǎn)生具有第二種類的離子的等離子體。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述加速器系統(tǒng)包括第一和第二等離子體輸入，所述第一等離子體輸入與所述第一等離子體相通并接收所述第一等離子體，而所述第二等離子體輸入與源等離子體相通并接收所述源等離子體。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述加速器系統(tǒng)操作用于同時(shí)產(chǎn)生: 第一大小的第一電場，以沿著所述第一軸加速來自所述第一等離子體的所述第一種類的離子；以及 不同于所述第一大小的第二大小的第二電場，以沿著所述第二軸加速來自所述第二等離子體的所述第二種類的離子。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述加速器系統(tǒng)同時(shí)將第一動量通過所述第一電場施加到第一種類的離子并且將第二動量通過所述第二電場施加到第二種類的離子。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，還包括: 具有第一和第二離子輸入和一離子輸出的分析器磁體系統(tǒng)，其中: 第一離子輸入與來自第一等離子體的已加速的第一種類的離子相通并接收這些已加速的第一種類的離子； 第二離子輸入與來自第二等離子體的已加速的第二種類的離子相通并接收這些已加速的第二種類的離子； 所述分析器磁體系統(tǒng)操作以按第一量來改變來自所述第一等離子體的所述第一種類的離子的軌跡，使得包括第一種類的離子的第一離子束沿著第三軸通過其輸出而離開；所述分析器磁體系統(tǒng)操作以按不同于第一量的第二量來改變來自所述第二等離子體的所述第二種類的離子的軌跡，使得包括第二種類的離子的第二離子束沿著第三軸通過其輸出而離開； 所述分析器磁體系統(tǒng)操作以將來自所述分析器磁體系統(tǒng)的所述第一和第二離子束分別朝著所述半導(dǎo)體晶片加速。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二種類的離子是從以下一組中獲取的:硼、氫、氦。
10.一種形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包括: 沿著第一軸引導(dǎo)來自第一等離子體的源即第一等離子體的第一種類的離子，所述第一等離子體包括第一種類的離子； 沿著第二軸引導(dǎo)來自第二等離子體的源即第二等離子體的第二種類的離子，所述第二等離子體包括不同的第二種類的離子； 以第一大小將所述第一種類的離子加速朝向半導(dǎo)體晶片；以及 同時(shí)以不同于第一大小的第二大小將所述第二種類的離子加速朝向所述半導(dǎo)體晶片。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，還包括: 施加第一大小的第一電場，以沿著所述第一軸加速來自所述第一等離子體的所述第一種類的離子；以及 施加不同于所述第一大小的第二大小的第二電場，以沿著所述第二軸加速來自所述第二等離子體的所述第二種類的離子 。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一和第二電場同時(shí)施加。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，還包括: 沿著所述第一軸向所述第一種類的離子施加第一動量；以及 沿著所述第二軸向所述第二種類的離子施加不同于第一動量的第二動量。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述第一和第二動量同時(shí)施加。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，還包括: 按第一量改變來自所述第一等離子體的所述第一種類的離子的軌跡，使得包括第一種類的離子的第一離子束沿著第三軸通過其輸出而離開； 按不同于第一量的第二量改變來自所述第二等離子體的所述第二種類的離子的軌跡，使得包括第二種類的離子的第二離子束沿著第三軸通過其輸出而離開； 分別朝著所述半導(dǎo)體晶片加速所述第一和第二離子束。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，改變各個第一和第二離子束的所述第一和第二量是同時(shí)執(zhí)行的。
17.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，還包括將所述半導(dǎo)體晶片放置在末端站中，所述末端站在注入期間提供受控的大氣。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，還包括在注入期間在所述末端站內(nèi)維持真空。
19.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一和第二種類的離子是從以下一組中獲取的:硼、氫、氦。
全文摘要
方法和裝置提供了下列第一等離子體的源，即第一等離子體(152A)，包括第一種類的離子，沿著第一軸引導(dǎo)第一等離子體出去；第二等離子體的源，即第二等離子體(152B)，包括不同的第二種類的離子，沿著第二軸引導(dǎo)第二等離子體出去；以及與第一和第二等離子體的源相通的加速器系統(tǒng)(170)，并操作用于(i)以第一大小加速第一種類的離子使其通過并朝向半導(dǎo)體晶片，且(ii)同時(shí)以不同于第一大小的第二大小加速第二種類的離子使其通過并朝向該半導(dǎo)體晶片(120)。
文檔編號H01L21/265GK103222028SQ201180055468
公開日2013年7月24日 申請日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月19日
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