本公開涉及半導(dǎo)體器件的制造，并且更具體地，涉及用于制造半導(dǎo)體器件的晶片上的離子注入，并且涉及用于離子注入的裝置和方法。

背景技術(shù)：

在晶片上制造半導(dǎo)體器件的過程中，晶片的溫度影響離子注入中使用的原子和/或離子的接受和/或退火以形成摻雜劑。

傳統(tǒng)地，在離子注入期間支持晶片的卡盤被冷卻以去除由碰撞離子引發(fā)的熱能。然而，一些應(yīng)用要求加熱卡盤以在處理期間建立特定的晶片溫度?？ūP加熱可以對晶片整體產(chǎn)生不期望的機械應(yīng)力。此外，進一步的晶片加熱可需要限于足夠低而不危及在之前的制造步驟中形成在晶片上的結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的溫度。要求提升晶片溫度的離子注入的實施甚至?xí)恋K一些工藝。例如，粘合至玻璃載體的薄晶片可能不能經(jīng)受前述離子注入技術(shù)。將卡盤用作熱源，在達到材料接收來自離子源的摻雜劑的部分之前，熱量可能需要穿過玻璃載體、膠層、結(jié)構(gòu)層(如果存在的話)、襯底層和面對離子源的當前處理結(jié)構(gòu)層傳播。然而，由于典型的膠層必須不暴露于傳統(tǒng)離子注入中典型的溫度，可以這種離子注入不能被使用。

期望提供用于制造半導(dǎo)體器件的裝置，其相對于傳統(tǒng)裝置具有改進。

還期望提供用于制造半導(dǎo)體器件的離子注入的方法，其相對于傳統(tǒng)方法具有改進。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種裝置，包括：接受器，被配置為支持晶片；摻雜源，被配置為選擇性地向晶片的注入?yún)^(qū)域提供摻雜劑；以及輻射源，被配置為選擇性地照射注入?yún)^(qū)域。在一個方面中，提供了在方法獨立權(quán)利要求中限定的方法。在其他方面中，提供了在裝置獨立權(quán)利要求中限定的裝置。從屬權(quán)利要求限定了在一個或多個方面中根據(jù)本公開的實施例。應(yīng)注意，這些實施例的特征可以相互組合，除非有相反指定。例如，裝置的實施例的特征可用于執(zhí)行方法實施例的步驟。

本發(fā)明內(nèi)容部分是為了理解而不用于解釋或限制權(quán)利要求的范圍或含義。本發(fā)明內(nèi)容部分不用于識別所要求主題的關(guān)鍵特征或主要特征，也不用于幫助確定所要求主題的范圍。

還公開了其他方法、裝置和系統(tǒng)。本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀以下詳細描述并查看附圖的基礎(chǔ)上將意識到附加的特征和優(yōu)勢。

附圖說明

當結(jié)合后續(xù)詳細說明考慮時，可以通過參照附圖來獲取本公開的完整理解，其中：

圖1是第一方面中的根據(jù)本公開的實施例的前視立體圖；

圖2是根據(jù)一些實施例的方法的流程圖；

圖3是示出根據(jù)一些實施例的示例中的物理特性的關(guān)系的示圖；以及

圖4是示出根據(jù)一些實施方式的示例中的物理特性的力度的示圖。

為了清楚和簡要，類似的元件和部件將在附圖中具有相同的標號。

具體實施方式

在一個方面中，本公開包括用于晶片中的離子注入的裝置。圖1是第一方面中根據(jù)本公開的實施例的前視立體圖。該裝置包括接受器101，其被配置為支持晶片。在一些實施例中，如圖1所示，接受器被設(shè)置為卡盤。該裝置包括摻雜源109，其被配置為選擇性地向接受器101與摻雜源109之間的注入?yún)^(qū)域117提供摻雜劑。在一些實施例中，摻雜源109是離子源，其被配置為加速離子并在注入?yún)^(qū)域117的方向上噴射離子束。例如，離子源被配置為形成具有1W至幾kW的功率的離子束。裝置100包括輻射源105，其被配置為選擇性地在注入?yún)^(qū)域117的方向上提供輻射。在一些實施例中，輻射源105被配置為在包括注入?yún)^(qū)域117的輻射區(qū)域121中照射被接受器101支持的晶片113。雖然在圖1中注入?yún)^(qū)域117被示為基本為圓形，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以實施摻雜源以在任何其他形狀的區(qū)域中提供摻雜劑。類似地，雖然在圖1中輻射區(qū)域121被示為基本為圓形，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以實施輻射源以照射任何其他形狀的區(qū)域。因此，在一些實施例中，注入?yún)^(qū)域近似橫跨具有條狀的所有晶片延伸。類似地，在一些實施例中，輻射區(qū)域近似橫跨具有條狀的所有晶片延伸。在一些實施例中，輻射區(qū)域完全包括注入?yún)^(qū)域。

在一些實施例中，輻射源105被配置為發(fā)射被晶片113吸收的電磁波。在一些實施例中，輻射源105是鹵素?zé)?，例如發(fā)射具有主要在500nm至10μm的范圍內(nèi)的波長的光。在一些實施例中，輻射源105是一個或多個發(fā)光二極管，例如發(fā)射具有主要在230nm至760nm的范圍內(nèi)的波長的光。在一些實施例中，輻射源105是激光器，其例如發(fā)射具有308nm、528nm、532nm或10.8μm中的一個的波長的光。至少一個效果可以是：可以控制和/或選擇從輻射源發(fā)射的輻射的波長的光譜以實現(xiàn)在輻射區(qū)域121中熱量到晶片113的期望傳輸。在一些實施例中，使用發(fā)光二極管(未示出)的陣列。在一些實施例中，激光束用于橫向地照射晶片表面，從而例如輻射區(qū)域可以成形為近似橫跨所有晶片延伸的條。

一些實施例進一步包括控制單元125，其耦合至輻射源105并且被配置為控制輻射源105。至少一個效果可以是：可以通過入射到晶片113上的動態(tài)控制來補償工藝參數(shù)的變化，而這種工藝參數(shù)的變化傳統(tǒng)上會導(dǎo)致橫向地橫跨晶片113和/或垂直地在晶片113內(nèi)的溫度變化。在一些實施例中，控制單元125耦合至接受器101的驅(qū)動單元(未示出)和/或輻射源105的驅(qū)動單元(未示出)。在一些實施例中，控制單元125被配置為引導(dǎo)輻射源105相對于晶片113的位于注入?yún)^(qū)域117中的表面的相對運動，以利用諸如光束的輻射束掃描晶片113的表面。

在一些實施例中，控制單元125被配置為控制輻射源105以在注入?yún)^(qū)域117中提供將被晶片113吸收的特定量的能量。至少一個效果可以是：除了被到達注入?yún)^(qū)域117的摻雜劑提供的能量之外，輻射可以在注入?yún)^(qū)域117中向晶片113提供能量。

一些實施例還包括檢測器129，其被配置為在注入?yún)^(qū)域117中檢測晶片113的表面溫度。在一些實施例中，檢測器包括透鏡131以及被配置為接收從晶片113的表面發(fā)射的光的傳感器元件(未示出)。至少一個效果可以是：基于所接收的電磁輻射的光譜，可以得到晶片113的表面溫度。具體當考慮晶片材料比熱容和/或晶片背側(cè)的溫度時，例如在通過暴露于冷卻劑容器而測量或提供的情況下，基于表面溫度，可以得到晶片的主體溫度。

在一些實施例中，控制單元125被配置為基于檢測為晶片113的表面溫度的溫度(具體地，注入?yún)^(qū)域117中的表面溫度)控制輻射源109。至少一個效果可以是：可以避免晶片113的過熱，其中，暴露給來自輻射源105的輻射和/或來自摻雜源109的摻雜劑時的表面超過預(yù)定溫度。

在一些實施例中，控制單元125被配置為控制輻射源105以在預(yù)定持續(xù)時間期間提供特定量的能量。至少一個效果可以是：提供給晶片113的熱量的量可以被選擇為充分低以避免形成在晶片(具體為注入?yún)^(qū)域117)中和/或上的結(jié)構(gòu)(例如，半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu))上的過度應(yīng)力。從而，可以減少由于太多熱量而引起的損傷晶片113(具體為形成在晶片113上的半導(dǎo)體器件)的風(fēng)險。

在一些實施例中，控制單元125被配置為基于注入?yún)^(qū)域中的晶片113的材料的比熱容來控制輻射源105。在一些實施例中，控制單元125被配置為控制輻射源105以在注入?yún)^(qū)域117的方向上提供輻射，同時摻雜源109向注入?yún)^(qū)域117提供摻雜劑。至少一個效果可以是：在注入?yún)^(qū)域117中進入晶片113的能量的量可以包括來自輻射的熱量加上通過摻雜劑從摻雜源109傳輸?shù)膭幽芎?或熱能。

在一些實施例中，接受器101被配置為冷卻晶片。例如，在接受器101被設(shè)置為卡盤的情況下，冷卻系統(tǒng)可以與卡盤集成，并由此被配置為冷卻晶片，具體地，冷卻晶片面對卡盤的背側(cè)，同時熱量被提供給晶片暴露給來自輻射源105的輻射和/或來自摻雜源109的摻雜劑的前側(cè)?？ūP可以設(shè)置有被配置為接收冷卻劑的管系統(tǒng)(未示出)。冷卻劑可以通過管系統(tǒng)泵送來提供散熱器。至少一個效果可以是：存儲在晶片113的注入?yún)^(qū)域117中的熱量和/或存儲在晶片113的輻射區(qū)域121中的熱量(如果均與注入?yún)^(qū)域117分離的話)可以通過冷卻劑流動的控制來控制，其中冷卻劑傳輸熱量遠離注入?yún)^(qū)域117和/或輻射區(qū)域121。

在另一方面中，本公開包括用于晶片中的離子注入的方法。圖2是根據(jù)一些實施例的方法的流程圖。以下描述的一個或多個動作可以利用根據(jù)一些實施例的方法來實施。根據(jù)前述實施例的裝置可用于實施該方法。

在S210中，晶片被設(shè)置在接受器上，例如卡盤上。在一些實施方式中，晶片可移動地固定至玻璃載體或者任何其他支持結(jié)構(gòu)(諸如箔載體)。例如，晶片膠合至玻璃載體。至少一個效果可以是：在通過玻璃載體板支持晶片(例如，在晶片和玻璃載體之間使用膠層)的同時，發(fā)生根據(jù)本文公開的方法的離子注入。通過上述方法僅局部地且以良好控制的方式提升溫度可以降低由于沿著整個晶片表面的過量加熱而引起晶片與載體板分離的風(fēng)險。

在S220中，選擇離子將被注入的注入?yún)^(qū)域。根據(jù)結(jié)構(gòu)要求，例如，需要注入從10¹¹離子/cm²至10¹⁸離子/cm²的范圍內(nèi)的摻雜劑劑量。注入?yún)^(qū)域?qū)嶋H可以具有任何形狀。例如，在離子源具有狹縫開口的情況下，晶片上的注入?yún)^(qū)域的形狀可以基本為矩形。注入表面一次可以包括例如1cm²到幾cm²的范圍內(nèi)的面積。

在S230中，設(shè)置諸如激光器或二極管陣列的輻射源以將輻射朝向注入?yún)^(qū)域引導(dǎo)。例如，在晶片表面的輻射區(qū)域中，一次輻射的面積在大約0.2cm²至2cm²的范圍內(nèi)。在一些實施方式中，晶片上將被輻射源輻射的輻射區(qū)域完全覆蓋注入?yún)^(qū)域。在一些實施例中，摻雜源和輻射源聚集到晶片上的同一點，同時與注入?yún)^(qū)同心。在一些實施方式中，輻射區(qū)域同時部分地覆蓋完整的注入?yún)^(qū)域(例如，整個晶片)，但是輻射源最后橫跨完整的注入?yún)^(qū)域掃描(圖2中未示出)。

在S240中，在晶片的注入?yún)^(qū)域中選擇性地提供摻雜劑。如圖3所示，注入?yún)^(qū)域中的摻雜材料的薄膜電阻Rs隨著注入溫度的增加而減小。在一些實施方式中，電阻的減小可以由于暴露給輻射的注入?yún)^(qū)域中注入的離子的激活的增加。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如果注入?yún)^(qū)域被輻射，則摻雜劑的激活可以顯著增強，盡管晶片襯底溫度僅為大約T＝350℃以上，但是遠低于傳統(tǒng)要求激活摻雜劑的大約800℃的襯底溫度。在一些實施例中，晶片襯底溫度在大約350℃和大約400℃之間，或者大于350℃和大約500℃之間。在其他實施例中，晶片襯底溫度低于大約400℃，或者低于大約500℃。至少一個效果可以是：由于摻雜劑可以更有效地被激活，所以需要從離子源提供較少的摻雜劑。至少一個效果可以是：由于晶片要求較少的加熱，所以需要較少的能量被傳輸至晶片。至少一個效果可以是：由于摻雜劑被更有效地激活，所以隨后的熱工藝用于激活摻雜劑，例如快速熱處理(RTP)工藝可以被淘汰。因此，至少一個效果可以是：熱量可以直接施加于晶片暴露于離子源的表面，從而降低或者甚至避免從其相對側(cè)的側(cè)面(表示晶片兩個表面之間的所有層)加熱晶片的需要。因此，在制造工藝的本來不進行離子注入的一些部分中，離子注入甚至變得可以進行。

一些實施例進一步包括：在預(yù)定的注入?yún)^(qū)域中檢測晶片的溫度。在S250中，例如，將高溫計用作溫度檢測器，檢測晶片的溫度。一些實施例包括接收從晶片表面或者從晶片上形成的結(jié)構(gòu)(諸如金屬化層)發(fā)射的電磁輻射。具體地，檢測被輻射區(qū)域中的溫度。一些實施例包括：使晶片溫度的檢測基于從接收的電磁輻射得到的信號。在一些實施方式中，在晶片對于熱輻射基本透明的情況下，基于支持晶片的卡盤的溫度的檢測來檢測晶片的溫度。例如，高溫計使用具有7至14μm的范圍內(nèi)的波長的輻射的檢測。

在S260中，執(zhí)行是否超過預(yù)定溫度閾值的檢查。如果檢測到晶片溫度太高(即，超過預(yù)定溫度值)，則在S270中，可以進行一個或多個以下測量，從而將溫度降至可接受的值：降低來自輻射源的輻射的強度；減小來自離子源的離子朝向注入?yún)^(qū)域的加速；減少從離子束中的離子源發(fā)射以擊中晶片的注入?yún)^(qū)域的離子的數(shù)量；增加用于冷卻晶片的冷卻劑流的量；減少用于冷卻晶片的冷卻劑的溫度。一些實施例包括：使輻射源的控制基于注入?yún)^(qū)域中晶片的溫度。一些實施例包括：控制輻射源以在預(yù)定持續(xù)時間內(nèi)提供特定量的能量。一些實施例包括：使輻射源的控制基于注入?yún)^(qū)域中晶片的比熱容。例如，光源可以被配置為激光器以在200ns的脈沖持續(xù)時間期間將大約10J的能量傳輸?shù)?.6cm²到4cm²以上的表面上，例如2.25cm²。在另一示例中，兩個激光器分別被配置為將1.8J/cm²傳送到2.5mm乘以0.1mm的表面上，每一個均在大約500ns的脈沖持續(xù)時間期間內(nèi)。在一些實施方式中，脈沖通過100ns到1μs的延遲相互分離。代替上述測量或除上述測量之外，本領(lǐng)域技術(shù)人員可實施其他動作來將輻射區(qū)域中的晶片溫度降低到可接受的等級。

在S280中，選擇性地輻射注入?yún)^(qū)域。在一些實施例中，輻射的至少一部分被晶片吸收。在一些實施例中，該方法包括：控制輻射源以在預(yù)定的注入?yún)^(qū)域中提供將被晶片吸收的特定量的能量。在一些實施例中，輻射源被控制為選擇性地發(fā)射輻射的波長。至少一個效果可以是：可以選擇適當?shù)牟ㄩL來用于晶片中輻射的吸收，主要發(fā)生到預(yù)定被摻雜的預(yù)定深度。在一些實施例中，控制輻射源以選擇性地發(fā)射光譜中的輻射以被晶片暴露給輻射的前表面下方的材料層吸收。至少一個效果可以是：表面層和接近表面的層可以比表面下方更深的層加熱更多，以例如退火和/或熔化晶片的表面部分。

雖然上面關(guān)于這點的描述列出了步驟序列，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以實施并行執(zhí)行的至少兩個動作。

可以連續(xù)地檢測晶片的溫度，并且可以在連續(xù)的反饋環(huán)路中連續(xù)進行避免通過輻射和/或離子注入使晶片的過熱的測量。因此，一些實施例包括控制輻射源以在輻射源的方向上提供輻射，同時摻雜劑被提供給注入?yún)^(qū)域。至少一個效果可以是：除了提供給注入?yún)^(qū)域的摻雜劑，輻射也向晶片提供能量，從而可以如期望在注入?yún)^(qū)域中加熱晶片。

在一些實施方式中，在S290中，檢查是否完成注入?yún)^(qū)域中離子的注入。如果沒有，則如上所述繼續(xù)注入工藝，具體地，通過朝向注入?yún)^(qū)域連續(xù)進行離子發(fā)射。束電流可以在1μA(在一個示例中，要求低劑量注入)到100mA以上(在一個示例中，要求高劑量注入)的范圍內(nèi)。根據(jù)束電流以及要求的注入劑量，注入處理可以僅進行幾秒(在一個示例中，要求低劑量注入)直到幾小時(在一個示例中，要求高劑量注入)。如果完成所選注入?yún)^(qū)域中的注入工藝，則在S295中，檢查本制造工藝中離子注入的工藝步驟是否完全完成。如果沒有，則通過選擇另一注入?yún)^(qū)域而繼續(xù)上述離子注入工藝。如果全部完成離子注入，則在S299中，制造工藝繼續(xù)到另一工藝。在一些實施方式中，下一動作例如可以簡單為從卡盤或另一接受器中去除晶片。

可以在掃描方法中實施上述示例，其中橫跨晶片移動離子束。從而，可以實現(xiàn)均勻分布或以其他方式期望的熱量。輻射(例如，傳輸為激光束)可以控制為跟蹤擊中晶片的離子束的位置?？梢栽谝粋€方向(x)或相互正交的與晶片表面基本共面的兩個方向(x，y)上控制掃描。例如，在一個方向(x)上，可以控制離子束以在多達幾kHz的速率掃描晶片表面。同時，驅(qū)動單元可以被控制為以1至10cm每秒的速率在另一方向(y)上橫跨晶片驅(qū)動離子源。在另一實施例中，控制離子束以在兩個方向(x和y)上以多達幾kHz的速率掃描晶片表面。在一些實施方式中，控制光束以橫跨晶片表面橫向地輻射基本為矩形的線區(qū)域，同時離子束被控制以掃描用于注入的線區(qū)域。在另一實施方式中，使二極管的線陣列照射晶片。輻射源的控制可以包括輻射的脈動、升高、恒定、步進或其他方式改變強度。在一些實施方式中，可以控制輻射的光譜。通過控制晶片相對于輻射源的運動，可以使線區(qū)域在例如垂直于線的方向上掃描晶片表面。在一些實施方式中，通過重復(fù)的光的頻率掃描(例如，具有0.1至10Hz的頻率)來使輻射遞增地提供給注入?yún)^(qū)域，輻射注入?yún)^(qū)域以連續(xù)地根據(jù)需要將能量預(yù)算傳輸至注入?yún)^(qū)域，以在離子注入期間實現(xiàn)和/或保持期望的溫度。執(zhí)行輻射源的控制以允許通過離子注入引入損傷的退火，即使在離子注入和注入?yún)^(qū)域的輻射通過保持足夠短的一些時間間隔分離的情況下。

圖4是根據(jù)一些實施方式的示例中的物理特性的力度的示圖。更具體地，相對于時間t示出注入?yún)^(qū)域中的晶片襯底的溫度T_SUB。此外，相對于時間t示出輻射源(諸如光源)的功率。當注入?yún)^(qū)域中的離子的注入開始時，從時間t1處的低溫值T_low開始的第一溫度曲線410示出了離子注入期間的襯底溫度的期望顯影。溫度期望上升到最大值T_max而不超過，從時間t2開始，溫度應(yīng)該保持基本恒定，直到在時間t3處完成注入?yún)^(qū)域中的離子注入。在時間t3之后，溫度應(yīng)該下降。如果不使用加熱，則如第二溫度曲線420所示，由于通過離子給予注入?yún)^(qū)域中的晶片的動能和其他能量，溫度將在時間t1到t3的間隔期間上升；然而，溫度將不再上升達到最大溫度T_max。從時間t1開始，如上所述利用光輻射注入?yún)^(qū)域，可以實現(xiàn)期望的溫度。首先，直到達到最大溫度T_max，控制輻射源來利用高功率等級P1來輻射。一旦在t2處達到最大溫度T_max，輻射減低到高功率等級P1以下的較低功率等級P2。因此，足夠的功率被提供給注入?yún)^(qū)域以保持溫度恒定，即補償例如由于熱輻射和其他傳輸工藝而引起的功率的損失。一旦完成注入動作，就在時間t3處，停止輻射源。至少一個效果可以是：允許改變離子源的質(zhì)量的變化，尤其是離子源的壽命內(nèi)觀察到的情況。在一些實施例中，例如，在卡盤上晶片的較差接觸的情況下，減少晶片的冷卻。因此，可以根據(jù)需要自適應(yīng)地降低輻射源的功率；作為示例，在圖4中，通過從時間t1開始將輻射源設(shè)置為與上述功率等級P1相比較低功率等級P3來示出這種適應(yīng)。在一些實施方式(未示出)中，使用較高功率等級P1的輻射，在離子注入的開始之前，晶片被加熱到最大溫度T_max。當離子注入開始時，輻射的功率從高功率等級P1降低至較低功率等級P2。

由于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解其他修改和變化以適應(yīng)特定的操作要求和環(huán)境，所以本發(fā)明不限于為了公開目的而選擇的示例，并且覆蓋不背離本發(fā)明的真實精神和范圍的所有改變和修改。

因此，描述了本發(fā)明，期望通過后附權(quán)利要求中呈現(xiàn)的專利證書來保護。