CN110797247B - 离子注入方法及离子注入机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种离子注入方法，包括步骤：步骤一、将晶圆放置在可旋转的基座上；步骤二、采用点状离子束流对晶圆进行离子注入，包括分步骤：步骤21、点状离子束流经过扫描装置扫描后形成扫描离子束流；步骤22、对晶圆进行旋转，采用扫描离子束流对旋转的晶圆进行离子注入从而在晶圆上形成多个径向分布的环形离子注入区或扇形离子注入区。本发明能实现对离子注入分布进行精确控制以及提高离子注入的均匀性。

Description

离子注入方法及离子注入机
技术领域
本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别涉及一种离子注入方法；本发明还涉及一种离子注入机。
背景技术
在半导体集成电路制造中，除了采用扩散工艺进行掺杂之外，还采用离子注入工艺进行掺杂。离子注入工艺通过离子注入机实现，离子注入机通常包括：离子源，引出电极，离子分析器，加速管和工艺室等组成。离子分析器用于选定所需要的离子类型，选定的离子经过加速管加速后形成离子束流引入到工艺室中实现对放置在工艺室中的晶圆进行离子注入。离子注入机具有扫描(Scan)装置，以实现对晶圆的不同位置进行注入。
通过超结扫描(super scan)非均匀性离子注入可以改善器件电性的波动(variation)。现有技术中，要得到多径带(multi-radial zone)即环形区或者扇形分布的注入分布图形(map)，主要采用点状离子束流(spot beam)和带状离子束流(ribbon beam)两种方式。对于spot beam，通过改变扫描频率实现离子注入浓度控制，同时晶圆上下运动得到所需map；对于ribbon beam，通过改变晶圆上下移动速率，控制离子注入浓度，再结合晶圆逐步(wafer by step)旋转得到所需map。这两种方法对于注入map和均匀性不能很好控制，因此精确控制注入浓度和map成为super scan中重要方向。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种离子注入方法，能实现对离子注入分布进行精确控制以及提高离子注入的均匀性。为此，本发明还提供一种离子注入机。
为解决上述技术问题，本发明提供的离子注入方法包括步骤：
步骤一、将晶圆放置在可旋转的基座上。
步骤二、采用点状离子束流对所述晶圆进行离子注入，包括如下分步骤：
步骤21、所述点状离子束流经过扫描装置扫描后形成扫描离子束流，所述扫描离子束流是所述点状离子束流经过所述扫描装置在横向上扫描形成，所述扫描离子束流的横向宽度大于等于所述晶圆的半径，所述扫描离子束流在各横向位置注入浓度通过所述扫描装置控制。
步骤22、对所述晶圆进行旋转，采用所述扫描离子束流对旋转的所述晶圆进行离子注入从而在所述晶圆上形成多个径向分布的环形离子注入区或扇形离子注入区。
进一步的改进是，步骤21中，所述扫描离子束流在各横向位置注入浓度通过控制所述点状离子束流在对应的横向位置区域段的扫描频率实现。
进一步的改进是，步骤22中，所述扫描离子束流在所述晶圆上的横向投影穿过所述晶圆的圆心。
进一步的改进是，步骤22中，所述扫描离子束流和所述晶圆表面垂直或倾斜相交。
进一步的改进是，步骤22中，同一所述环形离子注入区或扇形离子注入区的掺杂浓度相同且是由所述扫描离子束流上的同一个横向位置段的离子束流注入而成。
进一步的改进是，所述环形离子注入区或扇形离子注入区的掺杂浓度和掺杂浓度的均匀性通过所述晶圆的转速控制。
进一步的改进是，所述环形离子注入区或扇形离子注入区的掺杂浓度通过所述点状离子速流大小控制。
进一步的改进是，步骤22中，所述晶圆的旋转方向为顺时针或逆时针。
为解决上述技术问题，本发明提供的离子注入机包括：
可旋转的基座，用于放置晶圆。
超级扫描装置，用于输出对点状离子束流进行横向扫描形成的扫描离子束流。
所述离子注入机实现如下离子注入步骤：
步骤一、将晶圆放置在可旋转的基座上。
步骤二、采用点状离子束流对所述晶圆进行离子注入，包括如下分步骤：
步骤21、所述点状离子束流经过扫描装置扫描后形成所述扫描离子束流，所述扫描离子束流的横向宽度大于等于所述晶圆的半径，所述扫描离子束流在各横向位置注入浓度通过所述扫描装置控制。
步骤22、对所述晶圆进行旋转，采用所述扫描离子束流对旋转的所述晶圆进行离子注入从而在所述晶圆上形成多个径向分布的环形离子注入区或扇形离子注入区。
进一步的改进是，步骤21中，所述扫描离子束流在各横向位置注入浓度通过控制所述点状离子束流在对应的横向位置区域段的扫描频率实现。
进一步的改进是，步骤22中，所述扫描离子束流在所述晶圆上的横向投影穿过所述晶圆的圆心。
进一步的改进是，步骤22中，所述扫描离子束流和所述晶圆表面垂直或倾斜相交。
进一步的改进是，步骤22中，同一所述环形离子注入区或扇形离子注入区的掺杂浓度相同且是由所述扫描离子束流上的同一个横向位置段的离子束流注入而成。
进一步的改进是，所述环形离子注入区或扇形离子注入区的掺杂浓度和掺杂浓度的均匀性通过所述晶圆的转速控制；或者，所述环形离子注入区或扇形离子注入区的掺杂浓度通过所述点状离子速流大小控制。
进一步的改进是，步骤22中，所述晶圆的旋转方向为顺时针或逆时针。
本发明离子注入方法中，结合点状离子束流形成的扫描离子束流和晶圆旋转，能很好实现对多个径带区进行离子注入即能形成多个径向分布的环形离子注入区或扇形离子注入区，在保持点状离子束流大小不变的调节下，通过扫描装置能控制扫描离子束流在各横向位置注入浓度，注入浓度相同的扫描离子束流的横向位置端能在旋转的晶圆上形成对应的环形离子注入区或扇形离子注入区，环形离子注入区通过使晶圆旋转一圈以上形成，扇形离子注入区通过使晶圆旋转小于一圈形成；环形离子注入区或扇形离子注入区的掺杂浓度通过点状离子速流大小或晶圆转速控制，通过控制晶圆的选择角度能很好的控制离子注入分布即map的精度和离子注入的均匀性，故本发明能实现对离子注入分布进行精确控制以及提高离子注入的均匀性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明实施例离子注入方法的流程图；
图2A是本发明实施例方法中朝向晶圆观察的示意图；
图2B是本发明实施例方法中从侧面观察晶圆的示意图。
具体实施方式
如图1所示，是本发明实施例离子注入方法的流程图；如图2A所示，是本发明实施例方法中朝向晶圆2观察的示意图；如图2B所示，是本发明实施例方法中从侧面观察晶圆2的示意图；本发明实施例离子注入方法包括步骤：
步骤一、将晶圆2放置在可旋转的基座上。
步骤二、采用点状离子束流101对所述晶圆2进行离子注入，包括如下分步骤：
步骤21、所述点状离子束流101经过扫描装置扫描后形成扫描离子束流1，所述扫描离子束流1是所述点状离子束流101经过所述扫描装置在横向上扫描形成，所述扫描离子束流1的横向宽度大于等于所述晶圆2的半径，所述扫描离子束流1在各横向位置注入浓度通过所述扫描装置控制。
所述扫描离子束流1在各横向位置注入浓度通过控制所述点状离子束流101在对应的横向位置区域段的扫描频率实现。例如：在横向位置区域段中扫描的所述点状离子束流101的密度大时，由于所述点状离子束流101的大小相等，所述点状离子束流101的密度大时则在对应的横向位置区域段中的注入浓度就高。
步骤22、对所述晶圆2进行旋转，旋转如标记6所示。采用所述扫描离子束流1对旋转的所述晶圆2进行离子注入从而在所述晶圆2上形成多个径向分布的环形离子注入区或扇形离子注入区。图2A中显示了在所述晶圆2上形成3个径向分布的环形离子注入区，分别用标记3,4,5表示。环形离子注入区3，4和5的掺杂浓度能分别控制。
所述扫描离子束流1在所述晶圆2上的横向投影穿过所述晶圆2的圆心，圆心用点O表示。
所述扫描离子束流1和所述晶圆2表面垂直。在其他实施例中也能为：所述扫描离子束流1和所述晶圆2表面倾斜相交。
同一所述环形离子注入区或扇形离子注入区的掺杂浓度相同且是由所述扫描离子束流1上的同一个横向位置段的离子束流注入而成。如图2A所示，所述扫描离子束流1上的横向位置段包括3段，分别为点O到点A即OA段，点A到点B即AB段，点B到点C即BC段；OA段经过所述晶圆2旋转后能形成环形离子注入区3，由于环形离子注入区3位于所述晶圆2的最内部，故也呈圆形。AB段经过所述晶圆2旋转后能形成环形离子注入区4，BC段经过所述晶圆2旋转后能形成环形离子注入区5。
所述环形离子注入区或扇形离子注入区的掺杂浓度和掺杂浓度的均匀性通过所述晶圆2的转速控制。
所述环形离子注入区或扇形离子注入区的掺杂浓度通过所述点状离子速流大小控制。正如上面所述，所述环形离子注入区或扇形离子注入区的掺杂浓度还能通过所述扫描装置对所述扫描离子束流1各横向位置段的注入浓度进行控制。所以，本发明实施例对所述环形离子注入区或扇形离子注入区的掺杂浓度的控制手段较多，更容易实现掺杂浓度和掺杂分布的精确控制。
所述晶圆2的旋转方向为顺时针或逆时针；即：既能够只进行顺时针旋转，也能只进行逆时针旋转，还能够先进行顺时针旋转、再进行逆时针旋转，或者先进行逆时针旋转、再进行顺时针旋转。图2A中显示为顺时针旋转。
本发明实施例离子注入方法中，结合点状离子束流101形成的扫描离子束流1和晶圆2旋转，能很好实现对多个径带区进行离子注入即能形成多个径向分布的环形离子注入区或扇形离子注入区，在保持点状离子束流101大小不变的调节下，通过扫描装置能控制扫描离子束流1在各横向位置注入浓度，注入浓度相同的扫描离子束流1的横向位置端能在旋转的晶圆2上形成对应的环形离子注入区或扇形离子注入区，环形离子注入区通过使晶圆2旋转一圈以上形成，扇形离子注入区通过使晶圆2旋转小于一圈形成；环形离子注入区或扇形离子注入区的掺杂浓度通过点状离子速流大小或晶圆2转速控制，通过控制晶圆2的选择角度能很好的控制离子注入分布即map的精度和离子注入的均匀性，故本发明实施例能实现对离子注入分布进行精确控制以及提高离子注入的均匀性。
本发明实施例离子注入机包括：
可旋转的基座，用于放置晶圆2。
超级扫描装置，用于输出对点状离子束流101进行横向扫描形成的扫描离子束流1。
所述离子注入机实现如下离子注入步骤：
步骤一、将晶圆2放置在可旋转的基座上。
步骤二、采用点状离子束流101对所述晶圆2进行离子注入，包括如下分步骤：
步骤21、所述点状离子束流101经过扫描装置扫描后形成扫描离子束流1，所述扫描离子束流1是所述点状离子束流101经过所述扫描装置在横向上扫描形成，所述扫描离子束流1的横向宽度大于等于所述晶圆2的半径，所述扫描离子束流1在各横向位置注入浓度通过所述扫描装置控制。
所述扫描离子束流1在各横向位置注入浓度通过控制所述点状离子束流101在对应的横向位置区域段的扫描频率实现。例如：在横向位置区域段中扫描的所述点状离子束流101的密度大时，由于所述点状离子束流101的大小相等，所述点状离子束流101的密度大时则在对应的横向位置区域段中的注入浓度就高。
步骤22、对所述晶圆2进行旋转，旋转如标记6所示。采用所述扫描离子束流1对旋转的所述晶圆2进行离子注入从而在所述晶圆2上形成多个径向分布的环形离子注入区或扇形离子注入区。图2A中显示了在所述晶圆2上形成3个径向分布的环形离子注入区，分别用标记3,4,5表示。环形离子注入区3，4和5的掺杂浓度能分别控制。
所述扫描离子束流1在所述晶圆2上的横向投影穿过所述晶圆2的圆心，圆心用点O表示。
所述扫描离子束流1和所述晶圆2表面垂直。在其他实施例中也能为：所述扫描离子束流1和所述晶圆2表面倾斜相交。
同一所述环形离子注入区或扇形离子注入区的掺杂浓度相同且是由所述扫描离子束流1上的同一个横向位置段的离子束流注入而成。如图2A所示，所述扫描离子束流1上的横向位置段包括3段，分别为点O到点A即OA段，点A到点B即AB段，点B到点C即BC段；OA段经过所述晶圆2旋转后能形成环形离子注入区3，由于环形离子注入区3位于所述晶圆2的最内部，故也呈圆形。AB段经过所述晶圆2旋转后能形成环形离子注入区4，BC段经过所述晶圆2旋转后能形成环形离子注入区5。
所述环形离子注入区或扇形离子注入区的掺杂浓度和掺杂浓度的均匀性通过所述晶圆2的转速控制。
所述环形离子注入区或扇形离子注入区的掺杂浓度通过所述点状离子速流大小控制。
所述晶圆2的旋转方向为顺时针或逆时针；即：既能够只进行顺时针旋转，也能只进行逆时针旋转，还能够先进行顺时针旋转、再进行逆时针旋转，或者先进行逆时针旋转、再进行顺时针旋转。图2A中显示为顺时针旋转。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种离子注入方法，其特征在于，包括步骤：
步骤一、将晶圆放置在可旋转的基座上；
步骤二、采用点状离子束流对所述晶圆进行离子注入，包括如下分步骤：
步骤21、所述点状离子束流经过扫描装置扫描后形成扫描离子束流，所述扫描离子束流是所述点状离子束流经过所述扫描装置在横向上扫描形成，所述扫描离子束流的横向宽度大于等于所述晶圆的半径，所述扫描离子束流在各横向位置注入浓度通过所述扫描装置控制；
所述扫描离子束流在各横向位置注入浓度通过控制所述点状离子束流在对应的横向位置区域段的扫描频率实现；
步骤22、对所述晶圆进行旋转，采用所述扫描离子束流对旋转的所述晶圆进行离子注入从而在所述晶圆上形成多个径向分布的环形离子注入区或扇形离子注入区；
所述扫描离子束流在所述晶圆上的横向投影穿过所述晶圆的圆心。
2.如权利要求1所述的离子注入方法，其特征在于：步骤22中，所述扫描离子束流和所述晶圆表面垂直或倾斜相交。
3.如权利要求1所述的离子注入方法，其特征在于：步骤22中，同一所述环形离子注入区或扇形离子注入区的掺杂浓度相同且是由所述扫描离子束流上的同一个横向位置段的离子束流注入而成。
4.如权利要求3所述的离子注入方法，其特征在于：所述环形离子注入区或扇形离子注入区的掺杂浓度和掺杂浓度的均匀性通过所述晶圆的转速控制。
5.如权利要求3所述的离子注入方法，其特征在于：所述环形离子注入区或扇形离子注入区的掺杂浓度通过所述点状离子速流大小控制。
6.如权利要求1所述的离子注入方法，其特征在于：步骤22中，所述晶圆的旋转方向为顺时针或逆时针。
7.一种离子注入机，其特征在于，包括：
可旋转的基座，用于放置晶圆；
超级扫描装置，用于输出对点状离子束流进行横向扫描形成的扫描离子束流；
所述离子注入机实现如下离子注入步骤：
步骤一、将晶圆放置在可旋转的基座上；
步骤二、采用点状离子束流对所述晶圆进行离子注入，包括如下分步骤：
步骤21、所述点状离子束流经过扫描装置扫描后形成所述扫描离子束流，所述扫描离子束流的横向宽度大于等于所述晶圆的半径，所述扫描离子束流在各横向位置注入浓度通过所述扫描装置控制；
所述扫描离子束流在各横向位置注入浓度通过控制所述点状离子束流在对应的横向位置区域段的扫描频率实现；
步骤22、对所述晶圆进行旋转，采用所述扫描离子束流对旋转的所述晶圆进行离子注入从而在所述晶圆上形成多个径向分布的环形离子注入区或扇形离子注入区；
所述扫描离子束流在所述晶圆上的横向投影穿过所述晶圆的圆心。
8.如权利要求7所述的离子注入机，其特征在于：步骤22中，所述扫描离子束流和所述晶圆表面垂直或倾斜相交。
9.如权利要求7所述的离子注入机，其特征在于：步骤22中，同一所述环形离子注入区或扇形离子注入区的掺杂浓度相同且是由所述扫描离子束流上的同一个横向位置段的离子束流注入而成。
10.如权利要求9所述的离子注入机，其特征在于：所述环形离子注入区或扇形离子注入区的掺杂浓度和掺杂浓度的均匀性通过所述晶圆的转速控制；或者，所述环形离子注入区或扇形离子注入区的掺杂浓度通过所述点状离子速流大小控制。
11.如权利要求7所述的离子注入机，其特征在于：步骤22中，所述晶圆的旋转方向为顺时针或逆时针。
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