[发明专利]制造硅绝缘体晶圆的单晶圆植入机

说明书

技术领域

本发明有关于离子植入，且更特定而言，有关于用于硅绝缘体的植入(silicon-on-insulator implant)的单晶圆束线离子植入机(single waferbeamline ion implanter)。

背景技术

离子植入是用于向半导体晶圆内引入多种改变电导率用的杂质的标准技术。所期望的杂质材料在离子源中被电离，离子经加速以形成指定能量的离子束，且离子束对准晶圆表面。射束中的高能离子穿入到半导体材料的块体内并嵌入于半导体材料的晶格内以形成想要的电导率的区域。

离子植入机包括用于将气体或固体材料转变成边界清晰的离子束的离子源。离子束通常经质量分析以消除不想要的物质，加速至想要的能量，并植入至目标内。离子束可通过静电或磁束扫描，通过目标移动，或者通过束扫描与目标移动的组合而分布于目标区上。离子束可为点束或具有长尺寸和短尺寸的带束(ribbon beam)。对于带束，长尺寸通常至少与晶圆同样宽。

硅绝缘体(SOI)是一种层化的半导体结构，其通常由具有内部绝缘层的硅基板组成。安置于基板内的绝缘层可为(例如)SiO₂或SiN。SOI减少晶体管充电或放电所需的时间，减小在源极与漏极接面处的电容，且可用于减小电路大小。

制造SOI的一种方法是氧植入分离(separation by implantation ofoxygen，SIMOX)。SIMOX通常利用离子束植入和退火来形成二氧化硅层。晶圆在氧植入之前经加热以在植入期间维持其结晶结构。然后，将氧植入至晶圆内且晶圆经退火以形成SiO₂层。然后可执行高温退火。在某些实施例中，执行硅沉积以形成SOI晶圆。

使用氮气来代替氧气以与SIMOX类似的方式来执行氮植入分离(Separation by implantation of nitrogen，SIMON)。氮离子可形成(例如)Si₃N₄，其为良好的绝缘体，或者可在植入期间与氧离子组合。

制造SOI的另一种方法是通过“结合与切割(bond and cleave)”制程。施体晶圆(donor wafer)被氧化以形成绝缘层。氢、氦、或者氢与氦的组合被植入至施体晶圆内。然后将施体晶圆倒置并结合至被称作支撑件(handle)的另一晶圆上，因此施体晶圆的植入表面被安置于支撑晶圆(handle wafer)上。在植入期间，氢或氦在施体晶圆内形成泡或囊。因此，可切割施体晶圆，或者施体晶圆可具有与植入部份分开的非植入部份。

电浆浸没(Plasma immersion)已用于SOI植入。电浆浸没通常使用RF电浆源来产生离子，如(例如)在颁布予亨利(Henley)等人的美国专利第6,207,005号中可见。但电浆浸没缺少质量选择磁体(mass selectionmagnet)，因此难以进行离子选择。而且，难于在植入期间维持剂量均匀性。

旋转圆盘批式植入机(Spinning disk batch implanter)可同样用于SOI植入。但是，若在处理期间在批式植入机中出现任何误差，则整批晶圆或工件可能会毁掉，而不是仅单个晶圆或工件毁掉。晶圆通常较为昂贵，因此在批式植入机中这样的错误的代价是很大的。

单晶圆束线植入机提供旋转圆盘批式植入机或电浆浸没系统所不具有的很多优点。对于离子选择而言，例如，两个磁体束线(magnet beamline)是非常重要的。单晶圆植入机内的某些束形(beam shapes)还提供更高的产量，此归因于这些束形在高束电流下具有更宽的射束和更好的输送。单晶圆植入机还向晶圆提供改良的热负荷分布。

先前，用于SOI植入的单晶圆植入机具有很小的束面积、较小的束电流且不具有高产量或者不能对晶圆或工件进行温度控制。因此，在某些情况下，因为这些植入机的产量非常低，可能需要数天时间来完成植入。

因此，在现有技术中需要用于硅绝缘体的植入的单晶圆束线离子植入的新的且改良的装置和方法。

发明内容