[发明专利]用于低温离子注入的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路的制造。

背景技术

非本征半导体依靠掺杂剂来提供所需要的载流子密度。包括两个主要 步骤：掺杂剂注入和掺杂剂活化。在传统的CMOS制造过程中，离子束将 掺杂剂注入到晶片中。离子的注入导致对目标晶体结构的损坏，这通常是 有害的。例如，已经确定的是，在高温下对硅进行离子注入会导致晶格缺 陷。序号为5,087,576的美国专利建议，当硅在高温下进行离子注入时， 通过注入的离子给予了晶格充分的能量以使得单个点缺陷以自身调整处于 较低的能量配置。这些配置包括平面(叠层故障)和线(泄露或环路)缺 陷，稍微更经常形成线缺陷。这些缺陷对任何由该材料形成的器件的运行 都是有损害的。

序号为5,087,576的美国专利描述了当目标在较低温度下时进行离 子注入，特定温度为液氮的沸点(77°K.，-196℃)的量级。在这样的情况 下，离子的注入轰击造成了目标晶体中的非晶区，即其中没有特定的晶体 结构。在低温注入之后进行退火激励注入区——即由轰击离子穿透的深度 表示的层——以再结晶在一个层中，类似于外延生长区，给这种技术命名 为“固相外延”。

低温注入(如-196℃)的另一个结果是自退火的抑制，这在一些工艺 中更可能是需要的。

在一些处方(方法)中，在适于保持晶体接近-190℃的离子注入高真 空室中，将掺杂剂注入到晶体材料中。在离子注入步骤期间，可以避免高 移动晶体成分的扩散。

图1示出了传统的注入设备100。设备100具有晶片传送室102，其保 持晶片处于密封真空环境中。多个真空进样室104可连接到晶片传送室 102。真空进样室104可以通到大气压力。真空进样室104配置为从四装载 端口大气传送组件114或其他机器设备处接收晶片105。然后真空进样室 104被密封并抽成真空。然后晶片105可以从真空进样室104转移到晶片 传送室102，且不会中断晶片传送室102中的真空或工艺流程。晶片105 从晶片传送室102转移到工艺室112的工艺冷却板106。工艺冷却板106 通过由冷却线116中提供的制冷剂被第一压缩机118冷却，可选择地，第 二压缩机120用于冷却到较低的温度。工艺室112具有扫描电机108，其 为注入工艺步骤产生离子束110。

图2为进行低温注入步骤的传统工艺的流程图。

在步骤200，晶片被置于真空进样室104内。抽成真空。

在步骤202，晶片被移到传送室102内。

在步骤204，晶片105从晶片传送室102被转移到工艺室112的冷却 板106。晶片105在注入设备100的工艺室112中的工艺冷却板106上被 冷却。

在步骤206，在大约15-20秒冷却延迟之后，晶片准备在工艺室112中 进行注入。

工艺冷却板106上的冷却时间可以为大约15-20秒，达到大约-190℃的 液氮(LN2)温度，其对于每个注入步骤增加了15-20秒的空置时间。这对 于注入设备100的产能基本上具有负面影响，因为它的工作循环减少了。 典型的注入步骤持续大约60秒，所以具有20秒延迟的可达到的最佳的工 作循环为75％。

发明内容

在一些实施例中，一种方法，包括：在工艺室之外将第一半导体晶片 从15℃或以上的温度预冷却到5℃以下的温度。预冷却的第一晶片在进行 预冷却步骤之后被置于工艺室之内。在放置第一晶片之后对第一晶片进行 低温离子注入。

在一些实施例中，装置包括晶片传送室，其连接为从真空进样室接收 半导体晶片。晶片传送室配置为将第一半导体晶片从第一温度预冷却到第 二温度，其中第一温度至少为15℃，第二温度大约等于-270℃，第二温度 小于等于5℃。工艺室配置为从晶片传送室接收预冷却的晶片，并在大于 或等于-270℃并小于或等于5℃的温度对晶片进行离子注入步骤。

在一些实施例中，装置包括真空进样室，其配置为将第一半导体晶片 从第一温度预冷却到第二温度，其中第一温度至少为15℃，第二温度大于 等于-270℃，第二温度小于等于5℃。晶片传送室与真空进样室连接，以从 其中接收预冷却的晶片而不将晶片暴露在周围大气中。工艺室配置为从晶 片传送室接收预冷却的晶片，在大于等于-270℃并小于等于5℃的温度对晶 片进行离子注入步骤。

附图说明

图1为传统装置的原理示意图。