[发明专利]低温离子注入机及其工作方法

说明书

本发明公开了一种低温离子注入机，包括：预真空腔，传送腔，角度对准腔，工艺腔；角度对准腔设置有冷却装置，角度对准腔用于在将晶圆传送到工艺腔之前对晶圆进行角度对准以及对晶圆进行预冷却；在工艺腔中包括有冷却台板，冷却台板用于放置经过角度对准以及预冷却的晶圆并对晶圆进行冷却以将晶圆的温度降低到工艺温度范围内；工艺腔用于对处于工艺温度范围的晶圆进行离子注入。本发明还公开了一种低温离子注入机的工作方法。本发明能提高离子注入的连续性，加快跑货速度；同时不会增加新的传送位置以及颗粒污染源。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种低温(cold)离子注入机。本发明还涉及一种低温离子注入机的工作方法。

背景技术

随着工艺越做越小，在离子注入过程中，不同注入材料、注入产生的表面平整度如注入产生的表面非晶层(Amorphous layer)的平整度对器件的影响越来来越大，尤其是注入温度，对产品的性能改善尤为重要。器件越做越小，而性能要求越做越高，产生的后果就是结深越做越浅。而为了保证功耗，势必要降低源漏区(S/D)以及轻掺杂漏注入区(LDD)的电阻，但这与结深变浅是矛盾的，因为结深变浅，阻值会变大。那减少阻值的办法只能靠通过剂量来实现，所以LDD剂量逐渐变大。而高剂量又带来更多晶格缺陷，为了解决这些问题，所以引入了低温离子注入，和常温离子注入相比，低温离子注入的工艺温度低于室温。在低温注入过程中，晶格的自我修复过程将变的极其缓慢。在这种情况下，非晶状态的产生速度更加快速，而非晶层的晶格空隙较少，可以有效阻挡注入原子的快速穿透，从而大大减少退火后在非晶层下部(End of range)的晶格缺陷。

然而，在实际应用中，我们发现低温注入这一层工艺对应的在制品(WIP)普遍明显低于常温注入的工艺层对应的WIP，进而影响了产能的提升。因为在低温注入前，晶圆(wafer)需要通过冷却台板(platen)由室温冷却至注入所需要的温度，此过程是依靠platen背后的通有冷却剂如冷氮气或冷液氮的管路进行降温，需要时间较长，当处于常温状态的wafer直接放到冷却(cold)状态的platen上面时，platen温度会出现短暂的一定幅度的上升，而在离子注入过程中，离子轰击本身也会带来wafer温度的上升，特别是在注入剂量(dose)比较大以及晶圆通过数量多的时候。两个温度的上升很容易使platen的温度超出注入所需温度的规格范围(spec)以及警告(warning)线，进而导致下一片wafer需要重新等待platen再次降温才能进行注入甚至停止注入，同一卡即同一卡晶圆传输盒如前开式晶圆传输盒(FOUP)中的wafer进行注入时会经常发生注入断断续续的现象，即同一卡的各晶圆会经常出现在注入过程中出现停住，停住一段时间后又继续进行离子注入，无法对所有晶圆都进行连续注入。因此，cold离子注入机台无论是复机还是跑产品所需时间都较其他机台长很多。

为了克服上述现有低温离子注入机所出现的同一卡晶圆的注入会出现断断续续的现象，现有一种改进的低温离子注入机是在现有低温离子注入机的基础上增加一个预冷室(precool station)，如在工艺腔(process chamber)的右侧加一个预冷室。首先，wafer从FOUP中放置到右边的预真空腔(loadlock chamber)中，注入开始时，第一片wafer放到预冷室并将wafer冷却至注入所需温度，随后，wafer传送到角度对准腔(orient chamber)进行角度角度对准，之后传送到工艺腔的platen上进行注入。在第一片wafer注入过程中，第二wafer被传至预冷室进行降温。第一片wafer注入完成以后，第二片wafer传至platen上进行注入，以此循环，直至loadlock chamber里面的wafer全部完成注入，并在左边的loadlock chamber进行加热，并传回FOUP。这种低温离子注入机能在一定程度控制platen温度，保证注入的连续性，但是，其预冷室内部通入的的冷却气体为非纯气体，有污染wafer乃至process chamber的风险；其次，这种设计等同于增加了一个小的腔体(chamber)，容易增加机台污染颗粒(particle)的不稳定性，因此在实际应用中这项功能很难把控，甚至处于关闭状态；再次、增加预冷室，会增加一个传送位置，会增加晶圆的传送时间。