专利名称：非均匀离子注入设备与方法
技术领域：
本发明涉及用于制造半导体的设备与方法，且更具体而言，涉及非均匀离子注入设备与方法，使杂质离子以不同剂量被注入晶片的不同区域。
背景技术：
通常，当制造半导体器件如动态随机存取存储器(DRAMs)，需要许多工艺。这些工艺包括沉积工艺、蚀刻工艺、离子注入工艺等，且通常对每一晶片实施。在这些工艺中，离子注入工艺为使用强电场以加速如硼、砷离子等的掺杂离子方式穿透晶片的表面而实施的工艺，经由离子注入来改变材料的电特性。
图1为示意图示出用于此工艺的公知离子注入设备。
参考图1，该公知离子注入设备包含四元磁极组件110，X方向扫瞄器120，射束平衡器130，与加速器140。更具体而言，该四元磁极组件110用于扩大与减低从离子束源(未显示)传送的离子束102，且含有四元磁极以在四磁极之间的间隙中产生磁场。四元磁极组件110包含第一与第二磁极组件111与112，每一个具有两个S极与两个N极。X扫瞄器120在X方向扫瞄离子束102以均匀地将该离子束102分布于晶片101上。射束平衡器130用于等化(equate)相对于离子束102平行的光学路径。加速器140用于加速带电粒子，且在一些情形中可被放置于X扫瞄器120前面而不限于一特定位置，如图1所示。使用上述的公知离子注入设备，离子束102在X方向被扫瞄过晶片101的表面，且此时，晶片101在Y方向被移动以确保离子注入于晶片101的全部表面上。
图2为示出用于在Y方向扫瞄晶片101的器件的视图。
参考图2，支持晶片101的桌台(未显示)被连接至Y驱动轴210，其被连接至驱动单元220。驱动单元220的操作使Y驱动轴210在Y方向移动，如图2的箭头211所示。当晶片101在Y方向移动时，使离子束102在X方向扫瞄整个晶片101。在此工艺中，第一与第二宽离子束探测器231与232分别位于晶片101的前方与后方以探测所注入杂质离子的剂量，且提供信息用以控制杂质离子的剂量。
然而，如果使用上述公知离子注入设备实施离子注入，则该杂质离子以近乎均匀浓度被注入在整个晶片101上。仅以离子注入而言，此结果为想要的，但当考虑关于其他单元工艺时，此结果可能是不想要的。换句话说，在实施各种单元工艺后，可轻易发现这些单元工艺不应被均匀地实施于整个晶片上，造成不想要的结果，如沉积在晶片上的层的不想要的厚度、不想要的蚀刻速率等。此归因于每一单元工艺的各种参数未能精确控制的事实。因此，实际情形为在本领域中由于工艺中未预期的或不精确的受控参数而提供制造错误。
例如，当形成栅极电极时，表示栅极电极的宽度的临界尺寸(“CD”)可根据晶片的位置而定被改变。例如，栅极电极可在晶片的中央区域具有较高CD，且在晶片的周围具有较低CD，或反之亦然。如上所述，如上所述的厚度变化因单元工艺的各种参数的不精确控制所致。因此，如果栅极电极的CD在晶片的中央区域比在晶片的周围更高，则器件的阈值电压在晶片的中央区域亦比晶片的周围更高。如果栅极电极的CD在晶片的中央区域比晶片的周围更低，器件的阈值电压在晶片的中央区域比晶片的周围更低。
视晶片的位置而定的栅极电极的CD差异当晶片上的器件集成程度增加时导致若干问题。例如，当栅极电极的最小可接受CD为200nm，即使认定为有缺陷的CD的±10％分布，产率的减低并非显著。然而，当栅极电极的最小可接受CD为200nm，如果认定为有缺陷的CD的±10％分布，产率的减低将变得显著。因此，当栅极电极的最小可接受CD为100nm，作为用于判断缺陷项目的参考的CD的分布将于一较窄的范围内被决定，例如，±5％，且即使在此情形，由于制造容限的降低，产率的减低仍是显著的。
因此，非均匀离子注入方法近来已被建议使用，其中杂质离子的非均匀注入用于该差异的补偿在该晶片的整体全部提供均匀特性，而不是接受由于单元工艺的限制引起的晶片上该栅极电极的CD差异。如上所述，当栅极电极的CD在晶片的中央区域比在晶片的周围更高，器件的阈值电压在晶片的中央区域亦比在晶片的周围更高。在此情形，使用该非均匀离子注入方法，将杂质离子在晶片的中央区域注入较高浓度，且在晶片的周围注入较低浓度以在晶片的整个表面上提供均匀特性。相反地，当栅极电极的CD在晶片的中央区域比在晶片的周围更低时，器件的阈值电压在晶片的中央区域比在晶片的周围更低。在此情形，使用该非均匀离子注入方法，将杂质离子在晶片的中央区域注入较低浓度，且在晶片的周围注入较高浓度以在晶片的整个表面上提供均匀特性。然而，大部分公知非均匀离子注入方法具有的困难在于欲注入较高浓度区域与欲注入较低浓度区域之间的边界不明确地形成，且因此，它们不能被容易地施加于实际工艺。
发明内容
依据本发明实施例提供一种非均匀离子注入设备，其可在晶片的个别区域注入不同浓度杂质离子以在晶片的整体上提供均匀特性，且在欲注入较高浓度的区域与欲注入较低浓度的区域之间形成明确且平滑的边界。
依据本发明的实施例还提供在晶片的个别区域注入不同浓度杂质离子的非均匀离子注入方法，以在晶片的整体上提供均匀特性，且在欲注入较高浓度的区域与欲注入较低浓度的区域之间形成一明确且平滑边界。
依据本发明的一方面，该实施例可通过提供非均匀离子注入设备达成，所述设备包括宽离子束产生器，配置以产生多个宽离子束以照射晶片上的至少两个区域；及晶片旋转装置，被配置以在将宽离子束产生器所产生的宽离子束照射至该晶片时在预定方向旋转该晶片。
依据本发明的一方面，在多个宽离子束中至少一宽离子束可具有不同于至少一不同宽离子束的剂量。
依据本发明的另一方面，非均匀离子注入设备包括宽离子束产生器，被配置以产生包括第一与第二宽离子束的多个宽离子束以分别照射晶片的第一与第二区域；及晶片旋转装置，被配置以在将宽离子束产生器所产生的宽离子束照射至该晶片时以在预定方向旋转该晶片。第一与第二宽离子束可具有不同剂量。
在本发明的一实施例中，第一与第二区域可占据晶片全部面积的一半。在此实施例中，第一与第二区域可以通过边界在垂直方向被分割。另外，第一区域可邻接相对于该边界的晶片的周围，且第二区域可邻接相对于该边界的晶片的中央区域。
本发明的另一实施例中，第一与第二区域可占据晶片的全部面积。在此实施例中，第一与第二区域可以通过第一与第二边界在垂直方向被分割。另外，第一区域可邻接相对于第一与第二边界的晶片的周围，且第二区域可邻接相对于第一与第二边界的晶片的中央区域。
依据本发明的再一方面，一种非均匀离子注入设备包括包含第一与第二磁控管的宽离子束产生器，被配置以产生宽离子束以照射晶片在第一与第二磁控管之间的区域，第一磁控管包含一系列第一单元磁控管，第二磁控管包含一系列第二单元磁控管，其分别面向第一单元磁控管且以预定距离与第一单元磁控管分隔；及晶片旋转装置，被配置以在将宽离子束产生器所产生的宽离子束照射至该晶片时以在预定方向旋转该晶片。
在本发明的一实施例，第一单元磁控管的系列可包含对其施加第一偏压的第一单元磁控管的第一组，与对其施加不同于第一偏压的第二偏压的第一单元磁控管的第二组，且第二单元磁控管的系列可包含对其施加第一偏压的第二单元磁控管的第一组，与对其施加第二偏压的第二单元磁控管的第二组。
在此实施例中，第一单元磁控管的第一组可面向第二单元磁控管的第一组，使得具有第一剂量的第一宽离子束被产生于第一单元磁控管的第一组与第二单元磁控管的第一组之间，且第一单元磁控管的第二组可面向第二单元磁控管的第二组，使得具有不同于第一剂量的第二剂量的第二宽离子束被产生于第一单元磁控管的第二组与第二单元磁控管的第二组之间。
在本发明的另一实施例中，第一单元磁控管的系列可包含对其施加第一偏压的彼此分隔的第一单元磁控管的第一与第二组，与设置于第一单元磁控管的第一与第二组之间且对其施加不同于第一偏压的第二偏压的第一单元磁控管的第三组。
在此实施例中，第一单元磁控管的第一与第二组可面向第二单元磁控管的第一与第二组，使得具有第一剂量的第一宽离子束分别被产生于第一单元磁控管的第一与第二组之间及第二单元磁控管的第一与第二组之间，且第一单元磁控管的第三组可面向第二单元磁控管的第三组，使得具有不同于第一剂量的第二剂量的第二宽离子束被产生于第一单元磁控管的第三组与第二单元磁控管的第三组之间。
依据本发明的又一方面，非均匀离子注入方法包括将多个宽离子束照射至晶片，多个宽离子束包括分别具有第一与第二剂量的第一与第二宽离子束；且当将宽离子束照射至晶片时，以预定方向旋转该晶片。
在本发明的一实施例中，该方法还包括定位该晶片，使得宽离子束照射达晶片的全部面积的一半。
在此实施例中，第一宽离子束可照射邻接晶片的周围的区域，且第二宽离子束可照射邻接晶片的中央区域的区域。
该方法还包括垂直地或水平地从起始位置将晶片移动预定的距离。
在本发明的一实施例中，第一离子束可在第二宽离子束的两侧被分成两部分。在此实施例中，该方法可还包括定位该晶片使得宽离子束照射晶片的全部区域。另外，第一宽离子束可照射邻接晶片的任一侧的区域，且第二宽离子束可照射邻接晶片的中央区域的区域。
该方法可还包括从起始位置垂直地或水平地将该晶片移动预定距离。该晶片可以以约20至1500rpm的旋转速度被旋转。该晶片可被旋转多次。
依据本发明的又一方面，一种非均匀离子注入方法可包括将多个宽离子束照射至一晶片，该多个宽离子束具有不同剂量；及当宽离子束照射至晶片时，以一预定方向旋转该基板。
本发明的先前实施例与特征可从以下描述结合附图更清楚了解，在附图中图1为示出公知离子注入设备的示意图；图2为示出用于在Y方向扫瞄图1的晶片的装置的视图；图3为示出依据本发明的实施例的一种非均匀离子注入设备的示意图；图4为示出图3的宽离子束产生器的一个例子的视图；图5为示出晶片与图4中以箭头A的方向所视的图4的宽离子束产生器的视图；图6和7为示出使用图4的宽离子束产生器的非均匀离子注入方法的一个例子的视图；图8为示出图3的宽离子束产生器的其他实施例的视图；图9为示出晶片与图8中以箭头A的方向所视的图8的宽离子束产生器的视图；图10和11为示出依据本发明的实施例的使用非均匀离子注入设备的非均匀离子注入方法的另一例子的视图；
图12和13为示出依据本发明的实施例的使用非均匀离子注入设备的非均匀离子注入方法的又一例子的视图；图14和15为示出依据本发明的实施例的使用非均匀离子注入设备的非均匀离子注入方法的另一例子的视图；图16和17为示出依据本发明的实施例的使用非均匀离子注入设备的非均匀离子注入方法的另一例子的视图；图18到21为示出依据本发明的实施例的使用非均匀离子注入设备的非均匀离子注入方法的其他几个例子的视图；和图22为表示通过公知离子注入方法展现的阈值电压的累积机率，及依据本发明的实施例通过非均匀离子注入展现的该阈值电压的累积机率的曲线图。
具体实施例方式
将参考附图详细描述依据本发明的实施例。注意的是，可对本发明的实施例实施各种修改与变化，且因此本发明的范围并不限于以下描述的实施例。
图3为示出依据本发明的实施例的一种非均匀离子注入设备的示意图。
参考图3，本发明的离子注入设备包含四元磁极组件310，以扩张与减低从离子束源传送的离子束301；宽离子束产生器320，以将从四元磁极组件310所传送的离子束转换成宽离子束302且然后发射宽离子束302；和加速器330，以加速带电粒子。此外，虽然未显示于图3，该设备进一步包含配置以预定速度旋转晶片101的晶片旋转装置，所述速度例如约20至1500rpm，。
四元磁极组件310包含四元磁极以在四磁极之间的间隙产生磁场。更具体而言，四元磁极组件310包含第一与第二磁极组件311与312，每个具有两个S极与两个N极。
宽离子束产生器320用于将从四元磁极组件310发射的离子束转换成宽离子束302。因为宽离子束产生器320包含多极磁控管，所以宽离子束产生器320可依据个别区域改变杂质离子的浓度。宽离子束产生器320的详细描述将于以下陈述。
加速器330用于加速带电粒子。在一些情形加速器330可位于宽离子束产生器320前方而不限于一特定位置，如图3所示。
图4为示出图3的宽离子束产生器的一个例子的视图，且图5为示出晶片与图4中以箭头A的方向所视的图4的宽离子束产生器的视图。
参考图4和5，实施例的宽离子束产生器400包含在垂直方向中彼此以预定距离d分隔的上磁控管410与下磁控管420。在本发明的一个实施例中，上磁控管410与下磁控管420之间的距离d至少大于晶片的直径。如图5所示，上磁控管410的下表面位于晶片101的最上表面以上，且下磁控管420的上表面位于晶片101的最低表面以下。上磁控管410与下磁控管420之间的宽度w可约为晶片的直径的一半。因此，通过宽离子束产生器400所产生的宽离子束302可具有对应晶片101的全部区域的一半的面积。
在本发明的一实施例中，使用多个平行相接的单元上磁控管411a-e、412a、412b、与412c来形成上磁控管410。在此实施例中，单元上磁控管的数目为八个，但注意的是提供八个单元上磁控管410作为例子，且本发明不限于此结构。每一单元上磁控管411a-e、412a、412b与412c连接至功率源(未显示)，通过所述功率源将不同的电压施加至各自的组。更具体而言，可以将较低电压施加至第一单元上磁控管411a-e的第一上组411，同时可以将较高电压施加至第二单元上磁控管412a、412b与412c的第二上组412。而且，可以将该较高电压施加至第一单元上磁控管411a-e的第一上组411，同时可以将该较低电压施加至第二单元上磁控管412a、412b与412c的第二上组412。
如上磁控管410般，下磁控管420由多个平行相接的单元下磁控管421a-e、422a、422b与422c组成。每一单元下磁控管421a-e、422a、422b与422c连接至功率源(未显示)，通过所述功率源将不同的电压施加至各自的组。更具体而言，可以将较低电压施加至第一单元下磁控管421a-e的第一下组421，同时可以将较高电压施加至第二单元下磁控管422a、422b与422c的第二下组422。而且，可以将该较高电压施加至第一单元下磁控管421a-e的第一下组421，同时可以将该较低电压施加至第二单元下磁控管422a、422b与422c的第二下组422。
在本发明的一实施例中，包括上磁控管410的第一上组411的第一单元上磁控管411a-e在垂直方向以预定距离d与包括下磁控管420的第一下组421的第一单元下磁控管421a-e分隔，且第一上组411面向第一下组421。类似地，包括上磁控管410的第二上组412的第二单元上磁控管412a、412b与412c以预定距离d在垂直方向与包括下磁控管420的第二下组422的第二单元下磁控管422a、422b与422c分隔，且第二上组412面向第二下组422。
因此，当将较高电压施加至第一单元上磁控管411a-e与第一单元下磁控管421a-e，且将较低电压施加至第二单元上磁控管412a-c与第二单元下磁控管422a-c时，在第一单元上磁控管411a-e与第一单元下磁控管421a-e之间产生具有较高剂量的宽离子束，且在第二单元上磁控管412a-c与第二单元下磁控管422a-c之间产生具有较低剂量的宽离子束。
在本发明的另一实施例中，当将较低电压施加至第一单元上磁控管411a-e与第一单元下磁控管421a-e，且将较高电压施加至第二单元上磁控管412a-c与第二单元下磁控管422a-c时，在第一单元上磁控管411a-e与第一单元下磁控管421a-e之间产生较低剂量的宽离子束，且在第二单元上磁控管412a-c与第二单元下磁控管422a-c之间产生较高剂量的宽离子束。
该非均匀离子注入设备可使用如上述构建的宽离子束产生器400将具有不同剂量的宽离子束302照射至晶片101。在本发明的一实施例中，通过宽离子束产生器400所产生的宽离子束302照射的晶片101面积占据约晶片101全部面积的一半。结果，仅将宽离子束302中的杂质离子注入晶片101的面积的一半。当将宽离子束302照射至晶片101时，在预定方向旋转晶片101，如图5所示。虽然晶片101在图5中示出为在顺时针方向晶片101旋转，但是注意的是晶片101也可在逆时针方向显著。即是，当旋转晶片101时，仅将杂质离子注入晶片101的面积的一半。特别地，因为宽离子束302具有不同剂量，将不同浓度的杂质离子注入到晶片101的中央区域与周围。
图6和7为示出使用图4的宽离子束产生器的非均匀离子注入方法的一例子的视图。
参考图6，产生包括第一剂量的第一宽离子束302a-1的宽离子束302，且具有高于第一剂量的第二剂量的第二宽离子束302a-2。通过第一上组411中的单元上磁控管与第一下组421中的单元下磁控管来产生第一宽离子束302a-1。通过第二上组412的单元上磁控管与第二下组422的单元下磁控管来产生第二宽离子束302a-2。注意第一与第二上组411与412中及第一与第二下组421与422中的单元磁控管，为简化说明目的未予详细示出。
在本发明的一实施例中，为了产生第一较低剂量的第一宽离子束302a-1与第二较高剂量的第二宽离子束302a-2，将较低电压施加于第一上组411的第一单元上磁控管与第一下组421的第一单元下磁控管，且将较高电压施加于第二上组412的第二单元上磁控管与第二下组422的第二单元下磁控管。应了解到可通过将较高电压施加至第一上组411的第一单元上磁控管与第一下组421的第一单元下磁控管，且将较低电压施加至第二上组412的第二上磁控管与第二下组422的第二单元下磁控管，从而改变剂量。
当在上述条件下实施该离子注入时，该离子注入可被实施于宽离子束302照射的晶片的左侧，如图5与6所示。注入晶片101的杂质离子浓度，相对于对应第一宽离子束302a-1与第二宽离子束302a-2之间边界的一垂直线，在邻接晶片101的周围的区域与在邻接晶片101的中央的区域可变得不同。更具体而言，使用第一宽离子束302a-1将第一较低剂量的杂质离子注入邻接晶片的周围的区域，同时使用第二宽离子束302a-2将第二较高剂量的杂质离子注入邻接晶片的中央的区域。
为了容许在晶片101的整个区域上实施离子注入，当将宽离子束302照射至晶片101时，可在预定方向旋转晶片101，如图6中箭头所示。晶片101的旋转速度范围可约为20至1500rpm。当在离子注入中持续旋转晶片101时，在晶片101的整个区域上实施离子注入。如果当如上述被旋转晶片101时实施对晶片101的宽离子束302的照射，对其注入杂质离子的晶片101的区域被分成对其注入较高浓度的杂质离子的第一区域101-1，与对其注入较低浓度的杂质离子的第二区域101-2，如图7所示。在此，第一区域101-1为在晶片101的中央区域，且第二区域101-2为在晶片101的周围。当将晶片101旋转360度时，通过采用第二宽离子束302a-2连续注入杂质离子，从而形成第一区域101-1。通过采用第一宽离子束302a-1对于第二区域101-2的预定部分注入杂质离子，且采用第二宽离子束302a-2对其另一预定部分注入杂质离子，从而形成第二区域101-2。因此，在该注入后，第一区域101-1具有比第二区域101-2更高的杂质离子浓度。
如上所述，当将晶片101旋转时，连续实施用于将宽离子束302照射至晶片101的一系列工艺。因此，将杂质离子连续注入于晶片101的整个区域上，产生第一与第二区域101-1与101-2之间的平滑圆形边界。虽然晶片101的旋转可为360度(一圈)，晶片101亦可被旋转超过一圈。晶片101的增加旋转次数可导致第一与第二区域101-1及101-2之间的更圆形的边界。
图8为示出图3的宽离子束产生器的另一实施例的视图，且图9为示出晶片与图8中以箭头A的方向所视的图8宽离子束产生器的视图。
参考图8与9，离子束产生器500可包含在垂直方向以预定距离d’彼此分隔的上与下磁控管510及520。在本发明的一实施例中，离子束产生器500与上述的宽离子束产生器400的相同之处在于上与下磁控管510及520之间的距离d’至少大于晶片101的直径。因此，上磁控管510的下表面亦可位于晶片101的最上表面之上，且下磁控管520的上表面可位于晶片101的最下表面底下。然而，离子束产生器500与宽离子束产生器400的不同之处在于上磁控管510与下磁控管520的宽度w’约与晶片101的直径相同。因此，通过宽离子束产生器500所产生的宽离子束302’可具有大于晶片101的全部面积的截面面积，且照射晶片101的全部。
上磁控管510包括多个平行连接的单元上磁控管511a-e、512a-e与513a-c。第一单元上磁控管511a-e与第二单元上磁控管512a-e位于两侧以形成第一上组511与第二上组512。第三单元上磁控管513a-c位于第一与第二单元上磁控管511a-e及512a-e之间以形成第三上组513。每一单元上磁控管511a-e、512a-e与513a-c连接至一功率源(未显示)，通过所述功率源将不同电压施加至各自的组。更具体而言，可以将较低电压施加至第一单元上磁控管511a-e与第二单元上磁控管512a-e，同时可以将较高电压施加至第三单元上磁控管513a-c。应了解到可相反于以上描述来施加所述电压。
如上磁控管510，下磁控管520包括平行相接的多个单元下磁控管521a-e、522a-e与523a-c。第一单元下磁控管521a-e与第二单元下磁控管522a-e位于两侧以形成第一下组521与第二下组522。第三单元下磁控管523a-c位于第一与第二单元下磁控管521a-e及522a-e之间以形成第三下组523。每一单元下磁控管521a-e、522a-e与523a-c连接至一功率源(未显示)，通过所述功率源将不同电压施加至各自的组。更具体而言，可以将较低电压施加至第一单元下磁控管521a-e与第二单元下磁控管522a-e，同时可以将较高电压施加至第三单元下磁控管523a-c。可相反于以上描述来施加所述电压。
第一单元上磁控管511a-e与第二单元上磁控管512a-e当面向时分别在垂直方向以预定距离d’分别与第一单元下磁控管521a-e及第二单元下磁控管522a-e分隔。类似地，第三单元上磁控管513a-c当面向时在垂直方向以预定距离d’分别与第三单元下磁控管523a-c分隔。
因此，当将较低电压施加至第一单元上磁控管511a-e与第一单元下磁控管521a-e时，在其之间形成较低剂量的第一宽离子束302b-1(图9)。类似地，当将较低电压施加至第二单元上磁控管512a-e与第二单元下磁控管522a-e时，在其之间形成较低剂量的第二宽离子束302b-2。相反地，当将较高电压施加至第三单元上磁控管513a-c与第三单元下磁控管523a-c时，在其之间形成较高剂量的第三宽离子束302b-3。应了解到可以操作离子束产生器500以容许第一与第二宽离子束302b-1及302b-2具有较高剂量，且容许第三宽离子束302b-3具有较低剂量。
在本发明的一实施例中，该非均匀离子注入设备使用如上述建构的宽离子束产生器500将具有不同剂量的宽离子束302’照射至晶片101。通过宽离子束产生器500所产生的宽离子束302’所照射的晶片101的面积占据该晶片101的全部面积。当将宽离子束302’照射至晶片101时，在预定方向旋转晶片101，如图9所示。虽然在图9中示出以顺时针方向旋转晶片101，注意也可在逆时针方向旋转晶片101。即是，当旋转晶片101时，将杂质离子注入晶片101的全部区域。特别地，因为宽离子束302’具有不同剂量，所以将不同浓度的杂质离子注入晶片101的中央区域与周围。
更具体而言，在起始阶段，当晶片101开始旋转时，宽离子束302’包括第一较低剂量的第一与第二宽离子束302b-1及302b-2，与具有比第一剂量高的第二剂量的第三宽离子束302b-3。通过第一上组511中第一单元上磁控管与第一下组521中第一单元下磁控管来产生第一宽离子束302b-1。通过第二上组512中第二单元上磁控管与第二下组522中第二单元下磁控管来产生第二宽离子束302b-2。此外，通过第三上组513中第三单元上磁控管与第三下组523中第三单元下磁控管来产生第三宽离子束302b-3。
如于此例中，为了形成第一较低剂量的第一与第二宽离子束302b-1及320b-2，与第二较高剂量的第三宽离子束302b-3，将较低电压施加至第一与第二上组511及512中的第一与第二单元上磁控管，与第一与第二下组521及522中的第一与第二单元下磁控管，且将较高电压施加至第三上组513中第三单元上磁控管与第三下组523中第三单元下磁控管。可通过分别施加较高与较低电压来实施相反于以上描述的剂量变化。
当在上述条件下来实施该离子注入时，将杂质离子注入于晶片的整个面积上。在此情形，相对于对应第一与第三离子束302b-1与302b-3之间边界的垂直线，与对应第二与第三宽离子束302b-2与302b-3之间边界的垂直线，分别在邻接晶片101的左侧与右侧的区域与邻接晶片101的中央的区域改变注入晶片101的杂质离子浓度。更具体而言，使用第一与第二宽离子束302b-1及302b-2将第一较低剂量的杂质离子注入邻接晶片101的左侧边缘与右侧边源的区域，同时使用第三宽离子束302b-3将第二较高剂量的杂质离子注入邻接晶片101的中央的区域。
当旋转晶片101时，可在晶片101的整个面积上同时实施所述离子注入。当持续实施离子注入时，当将晶片101旋转360度时，对其注入杂质离子的晶片101的区域被分成对其注入较高浓度的杂质离子的第一区域101-1，与对其注入较低浓度的杂质离子的第二区域101-2，如图7所示。在此，第一区域101-1为晶片101的中央区域，且第二区域101-2为晶片101的周围。当将晶片101旋转360度时，通过采用第三宽离子束302b-3连续注入杂质离子来形成第一区域101-1。通过采用第一宽离子束302b-1对于第二区域101-2的预定部份，采用第二宽离子束302b-2对于其另一预定部份，与采用第三宽离子束302b-3对于其第三预定部分注入杂质离子，从而形成第二区域101-2。因此，在离子注入后，第一区域101-1具有比第二区域101-2浓度高的杂质离子。
如上所述，当旋转该晶片101时，持续实施一系列用于将宽离子束302’照射至晶片101的工艺。因此，将杂质离子持续注入于晶片101的整个区域上，在第一与第二区域101-1与101-2之间产生平滑圆形边界。虽然晶片101的旋转可为360度(一圈)，晶片101也可被旋转超过一圈。应可了解到晶片101的增加的旋转次数可导致第一与第二区域101-1及101-2之间的更圆形的边界。
图10与11为示出依据本发明的一实施例的使用非均匀离子注入设备的非均匀离子注入方法的一例子的视图。
参考图10与11，使用于此例子的非均匀离子注入设备包含图4与图5所示的宽离子束产生器400。因此，宽离子束产生器400的描述将在此例子中予以省略。对于此例子的非均匀离子注入方法，通过宽离子束产生器400产生的宽离子束302连续照射晶片101，当如图10箭头所示旋转该晶片101时，相对于宽离子束400移动晶片101的位置。
更具体而言，使晶片101的平坦区101f位于晶片的下部分，将晶片101在Y方向移动预定距离。然后，晶片101的一些上部分，即是，在上磁控管410上方的晶片101的区域未被宽离子束302照射，使得此区域未注入杂质离子。在本发明的一实施例中，上磁控管410与下磁控管420之间晶片101的左半区域上的晶片101的下部分被宽离子束302照射，使得仅此区域被注入杂质离子。宽离子束302包括通过第一上与第一下组411及421所形成的具有较低(或较高)剂量的第一宽离子束302a-1与通过第二上与第二下组412及422所形成的具有较高(或较低)剂量的第二宽离子束302a-2。因此，当在晶片101设置于上与下磁控管410及420之间的状态下将晶片101旋转时，将不同剂量的杂质离子注入通过圆形边界101a分割的晶片101的第一与第二区域101-1及101-2，使得上述的宽离子束302照射晶片101的预定区域。
在一实施例中，如果第一宽离子束302a-1具有比第二宽离子束302a-2低的剂量，则杂质离子浓度在第一区域101-1比在第二区域101-2更高。在另一实施例中，杂质离子浓度在第一区域101-1比第二区域101-2更低。第一区域101-1为更偏向至平坦区101f，因为晶片101原先在Y方向通过预定距离向上设置。因此，通过在Y方向适当调整晶片101的起始位置，能够适当地偏向晶片的第一区域101-1朝向晶片101的平坦区101f。
图12与13图为示出依据本发明的一实施例的使用非均匀离子注入设备的非均匀离子注入方法的另一例子的视图。
参考图12与13，使用于此例子的非均匀离子注入设备包含第4与5图所示的宽离子束产生器400。因此，宽离子束产生器400的描述将在此例子中予以省略。对于此例子的非均匀离子注入方法，通过宽离子束产生器400产生的宽离子束302连续照射晶片101，当如图12箭头所示旋转该晶片101时，相对于宽离子束400移动晶片101的位置。
更具体而言，使晶片101的平坦区101f位于晶片的下部分，将晶片101在垂直Y方向的X方向移动预定距离。然后，在下磁控管410底下晶片101的区域未被宽离子束302照射，使得此区域未注入杂质离子。在本发明的一实施例中，通过宽离子束302照射上磁控管410与下磁控管420之间晶片101的左半区域，使得仅此区域被注入杂质离子。因此，当在晶片101设置于上与下磁控管410及420之间的状态下将晶片101旋转时，将不同剂量的杂质离子注入晶片101的第一与第二区域101-1及101-2，使得将包括形成具有较低(或较高)剂量的第一宽离子束302a-1与形成具有较高(或较低)剂量的第二宽离子束302a-2的宽离子束302照射上述晶片101的预定区域。第一区域101-1更偏向相反于晶片101的平坦区101f的方向，因为晶片101在起始时在-Y方向向下设置预定距离。如此，通过在-Y方向适当调整晶片101的起始位置，能够适当地在晶片101的平坦区101f的相反方向偏向晶片101的第一区域101-1。
图14与15为示出依据本发明的一实施例的使用非均匀离子注入设备的非均匀离子注入方法的另一例子的视图。
参考图14与15，使用于此例子的非均匀离子注入设备包含第4与5图所示的宽离子束产生器400。因此，宽离子束产生器400的描述将在此例子中予以省略。对于此例子的非均匀离子注入方法，通过宽离子束产生器400产生的宽离子束302连续照射晶片101，当如图14箭头所示旋转晶片101时，相对于宽离子束400移动晶片101的位置。
更具体而言，使晶片101的平坦区101f位于晶片的下部分，将晶片101在X方向移动预定距离。邻接晶片101的中央区域的占据晶片101的右侧与左侧的一部分的晶片101的预定部分未被宽离子束302照射，使得此区域未注入杂质离子。晶片101左侧的其余区域被宽离子束302照射，使得仅该区域被注入杂质离子。因此，当在晶片101设置于上与下磁控管410及420之间的状态下将晶片101旋转时，将不同剂量的杂质离子注入通过圆形边界101a分割的晶片101的第一与第二区域101-1及101-2，使得将包括形成具有较低(或较高)剂量的第一宽离子束302a-1与形成具有较高(或较低)剂量的第二宽离子束302a-2的宽离子束302照射上述晶片101的预定区域。第一区域101-1为更偏向平坦区101f的左侧，即，晶片101的-X方向，因为晶片101原先于设置于X方向右侧预定距离。如此，通过在X方向适当调整晶片的起始位置，能够适当偏向晶片101的第一区域101-1至晶片101的平坦区101f的左侧。
图16与17为示出依据本发明的一实施例的使用非均匀离子注入设备的非均匀离子注入方法的另一例子的视图，。
参考图16与17，使用于此例子的非均匀离子注入设备包含第4与5图所示的宽离子束产生器400。因此，宽离子束产生器400的描述将在此例子中予以省略。对于此例子的非均匀离子注入方法，通过宽离子束产生器400产生的宽离子束302连续照射晶片101，当如图箭头所示旋转该晶片101时，相对于宽离子束400移动晶片101的位置。
更具体而言，使晶片101的平坦区101f位于晶片的下部分，将晶片101在负X(-X)方向移动预定距离。在此实施例中，晶片101的右区域的部分与左区域的部分未被宽离子束302照射，使得这些部分未注入杂质离子。通过宽离子束302照射右区域的部分与左区域的部分之间的晶片101的中间区域，使得仅该中间区域被注入杂质离子。因此，当在晶片101设置于上与下磁控管410及420之间的状态下将晶片101旋转时，将不同剂量的杂质离子注入通过圆形边界101a分割的晶片101的第一与第二区域101-1及101-2，使得将包括形成具有较低(或较高)剂量的第一宽离子束302a-1与形成具有较高(或较低)剂量的第二宽离子束302a-2的宽离子束302照射上述晶片101的预定区域。在此实施例中，第一区域101-1为更偏向至平坦区101f的右侧，即，晶片101的X方向，因为晶片101原先设置于左侧-X方向的预定距离。如此，通过在X方向适当调整晶片的起始位置，能够适当地偏向晶片101的第一区域101-1至晶片101的平坦区101f的右侧。
图18至21为示出依据本发明的一实施例的使用非均匀离子注入设备的非均匀离子注入方法的其他例子的视图。在图18至21中使用的非均匀离子注入设备包含第8与9图所示的宽离子束产生器500。因此，宽离子束产生器500的描述将在以下予以省略。
首先，参考图18，此方法针对将晶片101的第一区域101-1偏向至晶片的下部分，如图11所示，且更具体而言，使晶片101的平坦区101f位于晶片的下部分，将晶片101在Y方向移动预定距离。然后，上磁控管410上方晶片101的区域未被宽离子束302’照射，使得此区域未注入杂质离子。上磁控管410与下磁控管420之间的晶片101的区域被宽离子束302’照射，使得仅此区域注入杂质离子。宽离子束302’包括第一与第二宽离子束302b-1及302b-2，通过第一上与第一下组511及521，且通过第二上与第二下组512及522而形成具有较低(或较高)的剂量，且第三宽离子束302b-3通过第三上与第三下组513与523而形成具有较高(或较低)剂量。第三宽离子束302b-3位于中央，且第一与第二宽离子束302b-1及302b-2位于第三宽离子束302b-3的两侧。
使晶片101设置于上与下磁控管之间，使得晶片101的上部分未被宽离子束302’照射，当旋转晶片101时，将不同剂量的杂质离子注入通过圆形边界101a分割的晶片101的第一与第二区域101-1及101-2。然后，如图11所示，将不同剂量的杂质离子注入通过圆形边界101a分割的晶片101的第一区域101-1与第二区域101-2。特别地，第一区域101-1更偏向至晶片101的平坦区101f。如果第一与第二宽离子束302b-1及302b-2具有比第三宽离子束302b-3更低的剂量，则杂质离子浓度在第一区域101-1比在第二区域101-2更高。如果第一与第二宽离子束302b-1及302b-2具有比第三宽离子束302b-3更高的剂量，则杂质离子浓度在第一区域101-1比在第二区域101-2更低。如此，通过在Y方向适当调整晶片的起始位置，能够适当偏向晶片的第一区域101-1朝向晶片101的平坦区101f。
接下来，参考图19，此方法针对将晶片101的第一区域101-1偏向至晶片的上部分，如图13所示，且更具体而言，使晶片101的平坦区101f位于晶片的下部分，由此将晶片101在Y方向移动预定距离。然后，位于上磁控管410底下晶片101的一区域未被宽离子束302’照射，使得此区域未注入杂质离子。上磁控管410与下磁控管420之间晶片101的区域被宽离子束302’照射，使得仅此区域被注入杂质离子。
使晶片101设置于上与下磁控管之间，使得晶片101的下部分未被宽离子束302’照射，当将晶片101旋转时，宽离子束302’照射晶片101。然后，如图13所示，将不同剂量的杂质离子注入通过圆形边界101a分割的晶片101的第一区域101-1与第二区域101-2。特别地，第一区域101-1更偏向至相对于晶片101的平坦区101f的侧。如果第一与第二宽离子束302b-1及302b-2具有比第三宽离子束302b-3更低的剂量，则杂质离子浓度在第一区域101-1比在第二区域101-2更高。如果第一与第二宽离子束302b-1及302b-2具有比第三宽离子束302b-3更高的剂量，则杂质离子浓度在第一区域101-1比在第二区域101-更低2。如此，通过适当调整负Y(-Y)方向的晶片起始位置，能够适当将晶片的第一区域101-1偏向至相对于晶片101的平坦区101f的侧。
接下来，参考图20，此方法针对将晶片101的第一区域101-1偏向至晶片的左侧，如图15所示，且更具体而言，使晶片101的平坦区101f位于晶片的下部分，由此将晶片101在X方向移动预定距离。然后，晶片101右边区域的一些部分未被宽离子束302’照射，使得此部分未注入杂质离子。晶片101的残余区域被宽离子束302’照射，使得仅此区域被注入杂质离子。
使晶片101设置于上与下磁控管之间，使得晶片101右侧的一些部分未被宽离子束302’照射，当将晶片101旋转时将宽离子束302’照射至晶片101。然后，如图15所示，将不同剂量的杂质离子注入通过圆形边界101a分割的晶片101的第一区域101-1与第二区域101-2。特别地，第一区域101-1更偏向晶片101的左侧。如果第一与第二宽离子束302b-1及302b-2具有比第三宽离子束302b-3更低的剂量，则杂质离子的浓度在第一区域101-1比在第二区域101-2更高。如果第一与第二宽离子束302b-1及302b-2具有比第三宽离子束302b-3a更高的剂量，则杂质离子的浓度在第一区域101-1比在第二区域101-2更低。如此，通过在X方向适当地调整晶片101的起始位置，能够适当地将晶片101的第一区域101-1偏向至晶片101的左侧。
接下来，参考图21，此方法针对将晶片101的第一区域101-1偏向至晶片的右侧，如图7所示，且更具体而言，使晶片101的平坦区101f位于晶片的下部分，在X方向将晶片101移动预定距离。然后，晶片101的左边区域的一些部分未被宽离子束302’照射，使得此部分未注入杂质离子。晶片101的其余区域被宽离子束302’照射，使得仅此区域被注入杂质离子。
使晶片101设置于上与下磁控管之间，使得晶片101的左侧的一些部分未被宽离子束302’照射，当将晶片101旋转时，将宽离子束302’照射至晶片101。然后，如图17所示，将不同剂量的杂质离子注入通过圆形边界101a分割晶片101的第一区域101-1与第二区域101-2。特别地，第一区域101-1更偏向至晶片101的右侧。如果第一宽离子束302b-1与第二宽离子束302b-2具有比第三宽离子束302b-3更低的剂量，则杂质离子的浓度在第一区域101-1比第二区域101-2更高。如果宽离子束302b-1与第二宽离子束302b-2具有比第三宽离子束302b-3更高的剂量，则杂质离子的浓度在第一区域101-1比第二区域101-2更低。如此，在X方向通过适当调整晶片101的起始位置，能够适当地将晶片101的第一区域101-1偏向至晶片101的右侧。
图22为描绘通过公知离子注入方法展现的阈值电压的累积机率，及依据本发明通过非均匀离子注入展现的该阈值电压的累积机率的曲线图。
如图22所示，<不确定该累积机率为何---它可能意指获得该阈值电压的累积机率>依据本发明通过非均匀离子注入展现的阈值电压的累积机率为图22中线B所示的较窄范围B1，然而通过公知离子注入方法展现的阈值电压的累积机率为如图22中线A所示的较宽范围。因此，从该图可了解到阈值电压的非均匀性在晶片的全部面积得到增强。
本发明的有利效果引起在采用不同浓度注入杂质离子的区域之间形成的平滑圆形边界，因为当将晶片旋转时，将不同剂量的宽离子束照射晶片。此外，因为对于该宽离子束，晶片的位置适当被改变，能够适当地控制采用不同浓度的杂质离子注入的区域的设置。
应可了解到该些实施例与附图描述用于示出的目的且本发明由权利要求限制。另外，本领域的技术人员将了解到各种修改、附加与替换，在不脱离由权利要求所界定的本发明精神与范围下是容许的。
权利要求
1.一种离子注入设备，包括宽离子束产生器，被配置以产生多个宽离子束以照射晶片上的多个区域，所述多个宽离子束包含第一与第二宽离子束，所述多个区域包含第一与第二区域；和晶片旋转装置，被配置以当将通过宽离子束产生器所产生的宽离子束照射至所述晶片时在预定方向旋转所述晶片。
2.如权利要求1的设备，其中所述第一宽离子束具有不同于所述第二宽离子束的剂量。
3.一种非均匀离子注入设备，包括宽离子束产生器，被配置以产生多个包括第一与第二宽离子束的宽离子束以分别照射晶片的第一与第二区域；和晶片旋转装置，被配置以当将通过宽离子束产生器所产生的宽离子束照射至所述晶片时在预定方向旋转所述晶片。
4.如权利要求3的设备，其中所述第一与第二宽离子束具有不同剂量。
5.如权利要求3的设备，其中所述第一与第二区域一起占据所述晶片的一半面积。
6.如权利要求5的设备，其中所述第一与第二区域在垂直方向通过边界被分开。
7.如权利要求6的设备，其中所述第一区域相对于所述边界邻接所述晶片的周围，且所述第二区域相对于所述边界邻接所述晶片的中央区域。
8.如权利要求3的设备，其中所述第一与第二区域一起占据所述晶片的全部面积。
9.如权利要求8的设备，其中所述第一与第二区域通过第一与第二边界在垂直方向被分开。
10.如权利要求9的设备，其中所述第一区域相对于所述第一与第二边界邻接所述晶片的周围，且所述第二区域相对于所述第一与第二边界邻接所述晶片的中央区域。
11.一种非均匀离子注入设备，包括宽离子束产生器，包含第一与第二磁控管，被配置以产生宽离子束以在第一与第二磁控管之间照射晶片的区域，第一磁控管包含多个第一单元磁控管，第二磁控管包含多个第二单元磁控管，第二单元磁控管的每组面向第一单元磁控管的每组且从第一单元磁控管的每组分隔预定距离；和晶片旋转装置，被配置以当将通过宽离子束产生器所产生的宽离子束照射至所述晶片时在预定方向旋转所述晶片。
12.如权利要求11的设备，其中所述多个第一单元磁控管包含对其施加第一偏压的第一单元磁控管的第一组，与对其施加不同于所述第一偏压的第二偏压的第一单元磁控管的第二组，及多个第二单元磁控管包含对其施加第一偏压的第二单元磁控管的第一组，与对其施加不同于所述第一偏压的第二偏压的第二单元磁控管的第二组。
13.如权利要求12的设备，其中所述第一单元磁控管的第一组面向所述第二单元磁控管的第一组，使得在所述第一单元磁控管的第一组与所述第二单元磁控管的第一组之间产生具有第一剂量的第一宽离子束，及所述第一单元磁控管的第二组面向所述第二单元磁控管的第二组，使得在所述第一单元磁控管的第二组与所述第二单元磁控管的第二组之间产生具有不同于所述第一剂量的第二剂量的第二宽离子束。
14.如权利要求11的设备，其中所述第一单元磁控管包含对其施加第一偏压的彼此分隔的所述第一单元磁控管的第一与第二组，与对其施加不同于所述第一偏压的第二偏压的设置于所述第一单元磁控管的第一与第二组之间的第一单元磁控管的第三组。
15.如权利要求14的设备，其中所述第一单元磁控管的第一与第二组分别面向所述第二单元磁控管的第一与第二组，使得在所述第一单元磁控管的第一与第二组及所述第二单元磁控管的第一与第二组之间分别产生具有第一剂量的第一宽离子束，及所述第一单元磁控管的第三组面向所述第二单元磁控管的第三组，使得在所述第一单元磁控管的第三组与所述第二单元磁控管的第三组之间产生具有不同于所述第一剂量的第二剂量的第二宽离子束。
16.一种非均匀离子注入方法，包括在起始位置设置基板；将多个宽离子束照射至所述基板，所述多个宽离子束包括分别具有第一与第二剂量的第一与第二宽离子束；及当将所述宽离子束照射至所述基板时，在预定方向旋转所述基板。
17.如权利要求16的方法，还包括定位所述晶片使得所述宽离子束照射不超过所述基板的一半面积。
18.如权利要求17的方法，其中所述第一宽离子束照射邻接所述晶片的周围的区域，且第二宽离子束照射邻接所述晶片的中央区域的区域。
19.如权利要求17的方法，还包括从所述基板的起始位置，垂直或水平地将所述基板移动预定距离。
20.如权利要求16的方法，其中所述第一离子束在第二宽离子束的第一与第二侧被分成至少两个部分。
21.如权利要求20的方法，还包括定位所述晶片使得所述宽离子束照射所述基板的全部面积。
22.如权利要求21的方法，其中所述第一宽离子束照射邻接所述基板任一侧的区域，且第二宽离子束照射邻接所述基板的中央区域的区域。
23.如权利要求21的方法，还包括从所述基板的起始位置，垂直或水平地将所述基板移动预定距离。
24.如权利要求16的方法，其中以约20至1500rpm的旋转速度来旋转所述基板。
25.如权利要求16的方法，其中所述基板被旋转多次。
26.一种非均匀离子注入方法，包括将至少第一与第二宽离子束照射至基板，所述第一与第二宽离子束具有不同剂量；及当将所述宽离子束照射至晶片时，以预定方向旋转所述基板。
全文摘要
一种非均匀离子注入设备包括宽离子束产生器，被配置以产生多个宽离子束以照射在晶片的全部区域上至少两区域，和晶片旋转装置，被配置当将通过该宽离子束产生器产生的宽离子束照射至晶片时在预定方向旋转该晶片。在该宽离子束中，至少一宽离子束具有不同于至少一其它宽离子束的剂量。因为宽离子束以不同剂量照射晶片，在对其注入不同浓度的杂质离子的区域之间形成平滑圆形边界。因为对于宽离子束适当地改变晶片的位置，所以能够控制使用不同浓度的杂质离子所注入的区域的配置。
文档编号H01L21/265GK1858895SQ20061000671
公开日2006年11月8日 申请日期2006年2月7日 优先权日2005年5月4日
发明者卢俓奉, 秦丞佑, 李民镛 申请人:海力士半导体有限公司