[发明专利]通过植入N－及P－型簇离子及负离子制造CMOS器件的方法

说明书

相关申请案交叉参照

本申请案主张优先于并主张美国临时专利申请案第60/392,271号及第60/391,847号的权利，该两个临时专利申请案均于2002年6月26日提出申请。本专利申请案亦主张优先于共同拥有且同在申请中的美国专利申请案第10/244,617号(2002年9月16日提出申请)及美国专利申请案第10/251,491号(2002年9月20日提出申请)。

发明背景

技术领域

本发明涉及一种离子植入系统及一种半导体制造方法，其用于植入由N-型掺杂剂簇离子的簇构成的离子束以及带负电荷的簇离子束。

背景技术

半导体器件的制造会部分地涉及到在半导体衬底中引入杂质以形成掺杂区域。所选杂质元素应与半导体材料适当结合形成电载流子并改变半导体材料的导电率。其中，电载流子既可为电子(由N-型掺杂剂产生)亦可为空穴(由P-型掺杂剂产生)。所引入掺杂剂杂质的浓度会决定由此得到的区域的导电性。为形成晶体管结构、绝缘结构及其他此等电子结构(其统统用作半导体器件)，必须形成许多此等N-型及P-型杂质区域。

用于将掺杂剂引入半导体衬底中的传统方法是通过离子植入。在离子植入中，是将一含有所需元素的进料引入一离子源中并引入能量将该进料离子化，从而形成含有掺杂剂元素(例如元素75As，11B，115In，31P，或121Sb)的离子。然后，提供一加速电池来提取并使通常带正电荷的离子加速，从而形成离子束。然后，如所属技术领域中所习知，使用质量分析来选取欲植入的物质，并将离子束射向一半导体衬底。加速的电场会使离子具有动能，从而使离子能够渗透入目标中。离子的能量及质量决定了其渗透入目标中的深度，其中离子的能量愈大及/或质量愈小，其速度即会愈高，因而渗透入目标中愈深。离子植入系统构造用于精心地控制植入工艺中的关键变量，例如离子束能量、离子束质量、离子束电流(每单位时间中的电荷)、及在目标处的离子剂量(渗透入目标中每单位面积的总离子数)。此外，为保持半导体器件的成品率，还必须控制离子束角散度(离子撞击衬底的角度的变化)及离子束空间均匀性及范围。

近来，人们发现植入负离子会优于植入正离子，举例而言，参见：D.C.Jacobson，Konstantin Bourdelle，H-J.Gossmann，M.Sosnowski，M.A.Albano，V.Babaram，J.M.Poate，Aditya Agarwal，Alex Perel及Tom Horsky所著的“十硼烷，一种用于超低能量离子植入的替代方法(Decaborane，anAlternative approach to Ultra Low Energy Ion Implantation)”(2000年在奥地利Alpsbach举行的IEEE第XIII届国际离子植入技术会议会刊)；N.Kishimoto等人所著的“一种大电流负离子植入机及其对在绝缘体中制造纳米晶体的应用(A High-Current Negative-Ion Implanter and its Application for：Nanocrystal Fabrication in Insulators)”(1998年6月22-26日在日本Kyoto举行的IEEE第XII届国际离子植入技术会议会刊，(1999)342-345)；N.Tsubouchi等人所著的“质量分离的低能正离子及负离子沉积装置的离子束表征(BeamCharacterization of Mass-Separated，Low-Energy Positive and NegativeIons Deposition Apparatus)”(1998年6月22-26日在日本Kyoto举行的IEEE第XII届国际离子植入技术会议会刊，(1999)350-353)；及Junzo Ishikawa等人所著的“负离子植入技术(Negative-Ion Implantation Technique)”(PhysicsResearch B 96(1995)7-12中的核仪器及方法(Nuclear Instruments andMethods))。负离子植入的一个极为重要的优点是会降低在CMOS制造中由离子植入引起的VLSI器件的表面充电。一般而言，正离子的大电流(处于1mA或更大的数量级)植入会在门极氧化层及半导体器件的其他组件上产生正电位，该种正电位可很容易地超过门极氧化层的损坏阈值。当一正离子撞击半导体器件的表面时，其不仅会电积一净的正电荷，而且还同时解放二次电子，从而使电荷效应倍增。因此，离子植入系统的设备经销商已开发出一种用于在植入过程中将低能电子引入带正电荷的离子束内及器件圆片表面上的精密的电荷控制装置，即所谓的淹没式电子枪。此种淹没式电子系统会在制造工艺中引入其他变量，且无法彻底消除因表面充电而引起的成品率损失。随着半导体器件变得愈来愈小，晶体管的工作电压及门极氧化层厚度也变得愈来愈小，从而会降低半导体器件制造中的损坏阈值，致使成品率随之降低。因此，对于许多前言工艺而言，负离子植入会在成品率方面较传统的正离子植入有潜在的明显改良。遗憾的是，此种技术在市面上尚未有售，且事实上，就作者所知，目前负离子植入尚未用于制造集成电路，甚至尚未用于研究及开发。