[发明专利]分子离子的离子植入技术

说明书

技术领域

本发明是有关于一种离子植入，且特别是有关于一种分子离子的离子植入技术。

背景技术

离子植入(ion implantation)是一种利用荷能离子直接轰击(bombardment)基板来将化学物种沉积到此基板中的过程。在半导体制造过程中，离子植入机主要是用在改变目标材料的导电类型与导电程度的掺杂制程中。集成电路(integrated circuit，IC)基板中的精确掺杂轮廓及其薄膜结构对于适当的集成电路性能而言通常是至关重要的。要得到想要的掺杂轮廓，可按不同的剂量和不同的能阶(energy level)来植入一种或多种离子物种。

此外，离子植入是目前最常用来将改变导电性的杂质引进半导体晶圆(semiconductor wafers)的技术。在这种离子植入过程中，在离子源中离子化(ionized)想要的杂质材料，所产生的离子经加速以形成具有指定能量的离子束，且此离子束射向半导体晶圆的表面。离子束中的高能离子渗透到半导体晶圆的半导体材料中，且嵌入到半导体材料的晶格(crystalline lattice)中，以形成具有想要的导电性的区域。

在离子源中，气体或固体材料通常被转化成离子束。此离子束通常经质量分析(mass analyzed)以剔除不想要的离子物种，且被加速到想要的能量，并射向半导体晶圆表面。藉由离子束扫描、晶圆移动或者藉由离子束扫描与晶圆移动的结合，离子束可散布在半导体晶圆表面区域上。离子束可以是具有长尺寸与短尺寸的点束(spot beam)或带状束。

碳可用作与另一种预非晶化植入(pre-amorphization implant，PAI)物种(诸如锗、硼等)一起使用的共同植入(co-implant)物种。此概念是要将碳放置在浅掺质(shallow dopant)与预非晶化植入物种所造成的末端(end-of-range，EOR)损伤之间。置换型碳(substitutional carbon)可阻塞退火制程中由末端产生的空隙(interstitial)，否则这些间隙会造成暂态加速扩散(transient enhanced diffusion，TED)以及硼空隙簇集(boron interstitial cluster，BIC)的形成。然而，碳的位置通常与预非晶化植入物种的位置重叠，所以碳植入本身可对预非晶化植入起到促进作用。因此，碳本身也可用作预非晶化植入物种。

碳也可用来产生局部压缩应力(compressive strain)。因此，若电晶体元件的源极/漏极(source/drain)是利用碳化硅(SiC)来形成，则碳植入会在电晶体元件的通道(channel)中造成拉伸应力(tensile strain)。藉由磊晶生长(epitaxial growth)将碳并入电晶体元件的硅晶格中，或者是将高剂量的碳植入到硅晶格中都会造成非晶化。而且，在再生长(regrow)过程中，碳可能会并入硅晶格中，而造成非晶化。因此，非晶化与应力都是半导体制造商所考量的重要因子。

因此，鉴于上述原因，容易理解的是，目前的离子植入技术(特别是植入分子离子的离子植入技术)仍存在重大的问题与缺点。

发明内容

本发明揭示了一种分子离子的离子植入技术。在一特定实施例中，此离子植入技术可实现为一种离子植入装置，此离子植入装置包括离子植入机，用来在预定的温度下将分子离子植入到目标材料中，以加强目标材料的应力与非晶化至少其中之一，其中分子离子可在离子源内原位(in-situ)产生。

依照本特定实施例的其他观点，分子离子可利用两种或多种物种来产生。

依照本特定实施例的另一些观点，分子离子可以是C_aP_bH_c分子离子。

依照本特定实施例的额外观点，分子离子可利用含碳物种与含磷物种来产生。

依照本特定实施例的其他观点，含碳物种可以是乙烷及/或分子碳、烷烃与烯烃至少其中之一。

依照本特定实施例的另一些观点，其中含磷物种可以是磷化氢。

依照本特定实施例的额外观点，对目标材料进行植入可产生应力，且在目标材料中形成超浅接面(ultra-shallow junction，USJ)。

依照本特定实施例的其他观点，离子植入机可更控制剂量、剂量率、含碳物种中的原子数量、原子能量、压力以及预定的温度至少其中之一，以进一步加强应力与非晶化至少其中之一。