CN104377122A - 一种碳离子注入方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种碳离子注入方法，通过改进现有的碳离子注入方法，在通入的CO2气体中加入H2，由于H2和CO2在离子注入腔室内碰撞分解成C+和H+，以及游离态的O和H原子，通过牵引电极的加速磁场将H+过滤掉，将C+加速注入到晶圆中，同时O和H反应可以生成H2O蒸汽，可以避免O和W反应；通过控制H2和CO2的流速可以避免离子注入腔室内W黏附物的形成，减少对腔体的腐蚀，保证束流的均一性和稳定性；同时，没有引入其他杂质元素，避免了对晶圆的污染。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种碳离子注入方法。
背景技术
随着半导体制造技术的发展，注入工艺作为半导体工艺中的一项重要工艺技术，其质量高低直接影响着半导体器件的性能。
碳注入工艺对于器件的改善尤为关键，通过注入碳离子来抑制热载子的扩散，实现非晶化离子注入，碳离子注入的优劣直接影响着器件的性能。在高温退火过程中，B和P元素会发生扩散，碳离子的注入可以填充硅晶格中多余的空隙，抑制退火过程中目标元素的瞬时增强扩散(TED)效应，此外在超浅结的形成过程中，碳离子的注入可以形成阻挡层，抑制沟道效应。现有的碳离子注入方法，如图1所示，包括：
步骤L01：将晶圆置于离子注入腔室中并抽真空；
步骤L02：向离子注入腔室中通入CO2气体；
步骤L03：CO2气体分解出碳离子，并注入到晶圆中。
在碳离子注入工艺中，碳离子源通常是CO2气体，离子注入腔室内会发生如下反应：
CO2＝C++2O+e
3O(g)+W(s)＝WO3(g)
2WO3(g)+△＝2W(s)+3O2
离子腔体的主要元素含有钨(W)，在注入过程中，CO2分解产生O离子，很容易与W反应生成WO3，WO3受热分解形成W(s)，黏附在离子注入腔壁，影响腔壁表面的平整性，从而影响束流的均一和稳定性，离子注入机台需要经常性的停机进行清洁和保养，严重影响机台的生产周期。
发明内容
为了克服以上问题，本发明旨在通过改进传统碳离子注入方法，来改善离子注入时W和O反应物黏附在离子注入腔壁对离子注入的影响。
为了实现上述目的，本发明提供了一种采用离子注入机进行碳离子注入的方法，在离子注入腔室中进行，离子注入腔室包括：晶圆夹持装置，位于晶圆夹持装置下方的阴极，位于晶圆夹持装置上方的具有加速磁场的牵引电极，以及连接于离子注入腔室的真空泵，其包括：
步骤01：将晶圆置于离子注入腔室中的夹持装置上；
步骤02：对所述离子注入腔室抽真空；
步骤03：向所述离子注入腔室通过不同管路分别通入CO2和H2；
步骤04：通过所述阴极激发CO2和H2分解，产生氢离子、碳离子、氧原子和氢原子；
步骤05：通过所述牵引电极将所述氢离子和所述碳离子吸入所述加速磁场中，同时，所述氢原子和所述氧原子反应生成水蒸气被所述真空泵抽走；
步骤06：经所述加速磁场的磁场离子质量筛选，将所述氢离子排除，同时筛选出所述碳离子；并对所述碳离子进行聚焦、扫描、加速以及离子束纯化；
步骤07：所述碳离子注入到所述晶圆内。
优选地，所述步骤02中，所述抽真空至10-7-10-6Torr。
优选地，所述步骤03中，含有H2的负压钢瓶的连接管路将H2通入到所述离子注入腔室中。
优选地，所述步骤03中，所述H2和CO2的比例大于1:1，且不超过2:1。
优选地，所述步骤03中，所述H2和CO2的比例为1.25:1～2:1
本发明的碳离子注入方法，通过改进现有的碳离子注入方法，在通入的CO2气体中加入H2，由于H2和CO2在离子注入腔室内碰撞分解成C+和H+，以及游离态的O和H原子，通过牵引电极的加速磁场将H+过滤掉，将C+加速注入到晶圆中，同时O和H反应可以生成H2O蒸汽，可以避免O和W反应，反应程式如下：
CO2＝C++2O+e
H2＝H++H+e
O(g)+2H(g)+W(s)＝H2O(g)
通过控制H2和CO2的流速可以避免离子注入腔室内W黏附物的形成，减少对腔体的腐蚀，保证束流的均一性和稳定性；同时，没有引入其他杂质元素，避免了对晶圆的污染。
附图说明
图1为现有的碳离子注入方法的流程示意图
图2为本发明的一个较佳实施例的碳离子注入方法的流程示意图
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
以下将结合附图2和具体实施例对本发明的碳离子注入方法作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。
本实施例中，采用离子注入机进行碳离子注入的方法，在离子注入腔室中进行，离子注入腔室可以为现有的，其可以包括：晶圆夹持装置，位于晶圆夹持装置下方的阴极，位于晶圆夹持装置上方的具有加速磁场的牵引电极，以及连接于离子注入腔室底部的真空泵。
请参阅图2，本实施例的离子注入方法包括：
步骤01：将晶圆置于离子注入腔室中的夹持装置上；
具体的，离子注入腔室位于离子注入机台上，离子注入机台可以为现有的任意离子注入机台，夹持装置可以为静电吸盘。
步骤02：对离子注入腔室抽真空；
具体的，这里，真空度抽的越低越好，可以抽真空至10-7-10-6Torr。
步骤03：向离子注入腔室通过不同管路分别通入CO2和H2气体；
具体的，含有H2的负压钢瓶的连接管路将H2通入到离子注入腔室中，负压钢瓶可以确保气体不泄露。同时，CO2可以采用负压钢瓶也可以不采用负压钢瓶。由于H2引入的比例大于CO2气体，可以增强H2的分离和碳离子的形成，本实施例中，H2和CO2的比例可以大于1:1，且不超过2:1，较佳的，可以为1.25:1。
步骤04：通过阴极激发CO2和H2分解，产生氢离子、碳离子、氧原子和氢原子；
具体的，阴极受热激发出热电子，热电子激发CO2和H2碰撞发生分解，腔体中同时存在氢离子H+、碳离子C+、以及游离的氧原子和游离的氢原子。
步骤05：通过牵引电极将氢离子H+和碳离子C+吸入加速磁场中，同时，氢原子和氧原子反应生成水蒸气被真空泵抽走；
具体的，由于真空泵位于离子注入腔室底部和牵引电极在离子注入腔室上方，氢离子和碳离子的流动方向与水蒸气的流动方向分别为向上和向下而互不干扰。
步骤06：经加速磁场的磁场离子质量筛选，将氢离子排除，同时筛选出碳离子；并对碳离子进行聚焦、扫描、加速以及离子束纯化；
具体的，磁场离子质量筛选原理是：带电粒子质量为m，电量为q，以速度v垂直入射磁感应强度为B的匀强磁场中，带电粒子作匀速圆周运动的轨道半径为R＝mv/qB，则在q、v和B相同的情况下，质量m越大的带电粒子的轨道半径越大。这里，加速磁场为匀强磁场，氢离子和碳离子进入磁场时的速度相同，由于氢离子H+的原子质量为1，碳离子C+的原子质量为12，两者差别较大，两者带电量相同，因此，氢离子H+的轨道半径小于碳离子C+的轨道半径，从而将氢离子H+过滤掉。
步骤07：碳离子注入到晶圆内。
具体的，加速磁场的出口正对晶圆表面，经加速磁场加速后，碳离子可以对准注入到晶圆内。
综上所述，本发明的碳离子注入方法，通过改进现有的碳离子注入方法，在通入的CO2气体中加入H2，由于H2和CO2在离子注入腔室内碰撞分解成C+和H+，以及游离态的O和H原子，通过牵引电极的加速磁场将H+过滤掉，将C+加速注入到晶圆中，同时O和H反应可以生成H2O蒸汽，可以避免O和W反应；通过控制H2和CO2的流速可以避免离子注入腔室内W黏附物的形成，减少对腔体的腐蚀，保证束流的均一性和稳定性；同时，没有引入其他杂质元素，避免了对晶圆的污染。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。
Claims (5)
1.一种采用离子注入机进行碳离子注入的方法，在离子注入腔室中进行，离子注入腔室包括：晶圆夹持装置，位于晶圆夹持装置下方的阴极，位于晶圆夹持装置上方的具有加速磁场的牵引电极，以及连接于离子注入腔室的真空泵，其特征在于，包括：
步骤01：将晶圆置于离子注入腔室中的夹持装置上；
步骤02：对所述离子注入腔室抽真空；
步骤03：向所述离子注入腔室通过不同管路分别通入CO2和H2；
步骤04：通过所述阴极激发CO2和H2分解，产生氢离子、碳离子、氧原子和氢原子；
步骤05：通过所述牵引电极将所述氢离子和所述碳离子吸入所述加速磁场中，同时，所述氢原子和所述氧原子反应生成水蒸气被所述真空泵抽走；
步骤06：经所述加速磁场的磁场离子质量筛选，将所述氢离子排除，同时筛选出所述碳离子；并对所述碳离子进行聚焦、扫描、加速以及离子束纯化；
步骤07：所述碳离子注入到所述晶圆内。
2.根据权利要求1所述的碳离子注入方法，其特征在于，所述步骤02中，所述抽真空至10-7-10-6Torr。
3.根据权利要求1所述的碳离子注入方法，其特征在于，所述步骤03中，含有H2的负压钢瓶的连接管路将H2通入到所述离子注入腔室中。
4.根据权利要求3所述的碳离子注入方法，其特征在于，所述步骤03中，所述H2和CO2的比例大于1:1，且不超过2:1。
5.根据权利要求4所述的碳离子注入方法，其特征在于，所述步骤03中，所述H2和CO2的比例为1.25:1～2:1。
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