CN114334633A - 一种晶圆的离子注入方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种晶圆的离子注入方法，包括以下步骤：将晶圆放置于离子注入机台的晶圆耙盘上；对晶圆依次进行N次离子注入直至达到预设离子注入剂量，其中，N为大于1的整数，且每次离子注入完毕之后，先将晶圆绕晶圆的中心轴往同一方向旋转360/N度后再进行下一次离子注入，所述中心轴经过晶圆的中心，且垂直于晶圆所在平面。本发明的晶圆的离子注入方法对离子注入工艺的流程进行了改进，将离子注入过程分为多次进行，每次离子注入完毕后，将晶圆旋转360/N度后再进行下一次离子注入，可以有效消除束流微小角度偏差给产品带来的影响，可以简易而有效地提升晶圆离子注入均匀性，从而提升了产品的良率，降低了产品报废风险以及设备的利用率。

Description

一种晶圆的离子注入方法

技术领域

本发明属于半导体集成电路制造技术领域，涉及一种晶圆的离子注入方法。

背景技术

VIISta HCS型高束流离子注入机台在12寸半导体制造离子注入工艺中应用广泛，主要针对于大剂量的注入；但由于该机台采用扫开式束流进行离子注入，存在一定固有缺陷，容易导致离子注入均匀性较差，有条带状图形的问题。

在机台实际操作中，由于VIISta HCS离子注入机存在第一透镜(为了提高低能量时的生产力和束流的传输)和第二透镜(为了提高束流聚焦和减速性能)，束流通过这两个透镜时，由于光学折射现象，边缘束流会出现与初始设定角度的微小偏差，导致在晶圆离子注入过程中，离子注入剂量均匀性出现波动，从而造成的方块电阻Rs均匀性变差，进而影响产品饱和电流(Idsat)、N/P插塞阻值等重要电性参数。该问题是VIISta HCS机台扫开型束流方式的固有缺陷，很难通过调整硬件条件进行修正。

因此，如何提供一种改进的离子注入方法，以降低或消除束流微小角度偏差给产品带来的影响，进一步提升产品的良率，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种晶圆的离子注入方法，用于解决现有技术中由于束流微小角度偏差，导致离子注入剂量均匀性出现波动，从而造成晶圆的方块电阻Rs均匀性变差，进而影响产品饱和电流(Idsat)、N/P插塞阻值等重要电性参数的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种晶圆的离子注入方法，包括以下步骤：

将晶圆放置于离子注入机台的晶圆耙盘上；

对所述晶圆依次进行N次离子注入直至达到预设离子注入剂量，其中，N为大于1的整数，且每次离子注入完毕之后，先将所述晶圆绕所述晶圆的中心轴往同一方向旋转360/N度后再进行下一次离子注入，所述中心轴经过所述晶圆的中心，且垂直于所述晶圆所在平面。

可选地，1＜N≤10。

可选地，3≤N≤5。

可选地，对所述晶圆依次进行4次离子注入直至达到所述预设离子注入剂量，其中，每次离子注入完毕之后，先将所述晶圆绕所述晶圆的中心轴顺时针或逆时针旋转90度后再进行下一次离子注入。

可选地，所述N次离子注入中，每次离子注入采用的剂量为所述预设离子注入剂量的N分之一。

可选地，所述N次离子注入中，每次离子注入采用的束流角度相同。

可选地，所述N次离子注入中，每次离子注入采用的离子注入能量相同。

可选地，所述N次离子注入中，每次离子注入持续的时间相同。

可选地，所述离子注入中，离子源产生的离子至少经过两个透镜后再入射至所述晶圆中。

可选地，所述晶圆包括6英寸晶圆、8英寸晶圆及12英寸晶圆中的一种。

如上所述，本发明的晶圆的离子注入方法对离子注入工艺的流程进行了改进，将离子注入过程分为多次(例如4次)进行，每次离子注入完毕后，通过调整菜单参数，将晶圆旋转360/N度(例如90度)后再进行下一次离子注入，每次离子注入过程中，除了改变晶圆角度，束流角度、剂量、能量大小等其余参数应保持不变，从而保证多次离子注入过程的时间是一致的。本发明利用工艺过程中优化菜单的方法，有效消除了束流微小角度偏差给产品带来的影响，可以简易而有效地提升晶圆离子注入均匀性，从而提升了产品的良率，降低了产品报废风险以及设备的利用率。

附图说明

图1显示为本发明的晶圆的离子注入方法的工艺流程图。

图2显示为所述步骤S1中将晶圆放置于离子注入机台的晶圆耙盘上的示意图。

图3显示为通过所述耙盘将所述晶圆绕所述晶圆的中心轴顺时针旋转90度的示意图。

图4显示为采用一次离子注入至预设离子注入剂量，且晶圆不旋转的离子注入方案得到的晶圆的方块电阻分布图。

图5显示为采用四次离子注入至预设离子注入剂量，且相邻两次离子注入之间将晶圆顺时针旋转90度的离子注入方案得到的晶圆的方块电阻分布图。

元件标号说明

S1～S2 步骤

1 晶圆

2 耙盘

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

本发明提供一种晶圆的离子注入方法，请参阅图1，显示为该离子注入方法的工艺流程图，包括以下步骤：

S1：将晶圆放置于离子注入机台的晶圆耙盘上；

S2：对所述晶圆依次进行N次离子注入直至达到预设离子注入剂量，其中，N为大于1的整数，且每次离子注入完毕之后，先将所述晶圆绕所述晶圆的中心轴往同一方向旋转360/N度后再进行下一次离子注入，所述中心轴经过所述晶圆的中心，且垂直于所述晶圆所在平面。

具体的，离子注入机是集成电路制造前工序中的关键设备，离子注入是对半导体表面附近区域进行掺杂的技术，其目的是改变半导体的载流子浓度和导电类型。离子注入机通常由5部分组成：离子源、离子引出和质量分析器、加速管、扫描系统、工艺腔，其中：

(1)离子源中灯丝产生的热电子在电场的作用下轰击气相的杂质源使之电离，产生带电的原子或分子；

(2)在离子引出器中，所有带正电的离子被离子源阳极的正压排斥从一个狭缝中被引出，此时等离子体中的电子被阴极排斥而被阻止，由此形成了正离子组成的离子束；

(3)由于热电子轰击杂质源气体分子会产生多种离子，每种离子的质荷比不同，在通过质量分析器的分析磁铁时，离子的运动轨道会不同，因此，离子注入机的质量分析器可以将所需要的杂质离子从混合的离子束中分离出来；

(4)正离子从质量分析器出来后还要通过加速管的高压得到所需要的速度，其中，加速管是由一系列介质隔离的电极组成，电极上的负电压依次增大。当正离子进入到加速管后，各个负电极为离子加速，离子的运动速度是各级加速的叠加，总的电压越高，离子的运动速度越快，即动能越大；

(5)离子注入机的扫描系统构成了离子束与晶圆之间的相对运动，为了使晶圆上的杂质呈均匀分布，避免离子长时间的轰击局部一点过热，造成不可恢复的损伤，晶圆的离子注入都采用扫描方式；

(6)工艺腔包括放置晶圆的靶盘、晶圆传输部件和工艺控制部件，晶圆传输部件把硅片盒从大气环境传送到高真空环境，每一个晶圆的一特定方位被安置在耙盘上等待离子注入，工艺控制部件用来显示离子束分布曲线和离子束流的检测，还用来控制离子注入。

具体的，请参阅图2，显示为所述步骤S1中将晶圆1放置于离子注入机台的晶圆耙盘2上的示意图。

作为示例，所述离子注入机台可采用低能大束流注入机、高能注入机和中束流注入机中的任意一种，所述晶圆1包括但不限于6英寸晶圆、8英寸晶圆及12英寸晶圆中的任意一种，所述晶圆1的材质包括但不限于硅、锗、锗硅、III-V化合物等材料。本实施例中，所述离子注入机台以VIISta HCS型高束流离子注入机台为例，所述晶圆1以硅片为例，其中，所述离子注入中，离子源产生的离子至少经过两个透镜后再入射至所述晶圆中，其中一个透镜用于提高低能量时的生产力和束流的传输，另外一个透镜用于提高束流聚焦和减速性能。

作为示例，于所述步骤S2中，注入的离子包括但不限于P、As、Sb、B、Ga、In等离子，可根据实际需要进行选择。

作为示例，于所述步骤S2中，所述N次离子注入中，每次离子注入采用的剂量相同，即均为所述预设离子注入剂量的N分之一。

作为示例，所述N次离子注入中，每次离子注入采用的束流角度相同、离子注入能量相同。

作为示例，所述N次离子注入中，每次离子注入持续的时间相同。

作为示例，本实施例于所述步骤S2中，将离子注入过程分为四次进行，即对所述晶圆1依次进行四次离子注入直至达到预设离子注入剂量，其中，每次离子注入完毕之后，先将所述晶圆1绕所述晶圆1的中心轴顺时针或逆时针旋转90度后再进行下一次离子注入。

请参阅图3，显示为通过所述耙盘2将所述晶圆1绕所述晶圆1的中心轴顺时针旋转90度的示意图。

需要指出的是，第一次旋转时选定方向后，后续旋转均采用相同的方向，例如，若第一次旋转时采用顺时针，则后续旋转均采用顺时针；若第一次旋转时采用逆时针，则后续旋转均采用逆时针。

本实施例中，所述预设离子注入剂量以4E14cm^-2为例，通过对工艺菜单的参数进行优化，每次注入1E14cm^-2的剂量后，就停止离子注入，将晶圆顺时针旋转90度后继续离子注入，总共旋转三次。

请参阅图4及图5，其中，图4显示为采用一次离子注入至预设离子注入剂量，且晶圆不旋转的离子注入方案得到的晶圆的方块电阻分布图，图5显示为采用四次离子注入至预设离子注入剂量，且相邻两次离子注入之间将晶圆顺时针旋转90度的离子注入方案得到的晶圆的方块电阻分布图，图中颜色深浅的变化代表方块电阻的变化。由图4与图5的对比可知，未采用本发明离子注入方案的晶圆的离子注入均匀性较差，整体呈条带状图形，而采用本发明离子注入方案后，条带状图形区域明显减少，有效提高了监测过程晶圆方块电阻Rs的均匀性，对应优化了晶圆离子注入的均匀性，有利于提升产品的良率。

实施例二

本实施例与实施例一采用基本相同的技术方案，不同之处在于，实施例一中，对所述晶圆依次进行四次离子注入直至达到所述预设离子注入剂量，其中，每次离子注入完毕之后，先将所述晶圆绕所述晶圆的中心轴顺时针或逆时针旋转90度后再进行下一次离子注入，且每次离子注入采用的剂量为所述预设离子注入剂量的四分之一。而本实施例中，对所述晶圆依次进行两次次离子注入直至达到所述预设离子注入剂量，其中，每次离子注入完毕之后，先将所述晶圆绕所述晶圆的中心轴顺时针或逆时针旋转180度后再进行下一次离子注入，每次离子注入采用的剂量为所述预设离子注入剂量的二分之一。

实施例三

本实施例与实施例一采用基本相同的技术方案，不同之处在于，本实施例中，对所述晶圆依次进行三次离子注入直至达到所述预设离子注入剂量，其中，每次离子注入完毕之后，先将所述晶圆绕所述晶圆的中心轴顺时针或逆时针旋转120度后再进行下一次离子注入，每次离子注入采用的剂量为所述预设离子注入剂量的三分之一。

实施例四

本实施例与实施例一采用基本相同的技术方案，不同之处在于，本实施例中，对所述晶圆依次进行5次、6次、7次、8次、9次或10次离子注入直至达到所述预设离子注入剂量，其中，每次离子注入完毕之后，先将所述晶圆绕所述晶圆的中心轴顺时针或逆时针旋转72度、60度、51.4度、45度、40度或36度后再进行下一次离子注入，每次离子注入采用的剂量为所述预设离子注入剂量的五分之一、六分之一、七分之一、八分之一、九分之一或十分之一。

综上所述，本发明的晶圆的离子注入方法对离子注入工艺的流程进行了改进，将离子注入过程分为多次(例如4次)进行，每次离子注入完毕后，通过调整菜单参数，将晶圆旋转360/N度(例如90度)后再进行下一次离子注入，每次离子注入过程中，除了改变晶圆角度，束流角度、剂量、能量大小等其余参数应保持不变，从而保证多次离子注入过程的时间是一致的。本发明利用工艺过程中优化菜单的方法，有效消除了束流微小角度偏差给产品带来的影响，可以简易而有效地提升晶圆离子注入均匀性，从而提升了产品的良率，降低了产品报废风险以及设备的利用率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种晶圆的离子注入方法，其特征在于，包括以下步骤：

将晶圆放置于离子注入机台的晶圆耙盘上；

对所述晶圆依次进行N次离子注入直至达到预设离子注入剂量，其中，N为大于1的整数，且每次离子注入完毕之后，先将所述晶圆绕所述晶圆的中心轴往同一方向旋转360/N度后再进行下一次离子注入，所述中心轴经过所述晶圆的中心，且垂直于所述晶圆所在平面。

2.根据权利要求1所述的晶圆的离子注入方法，其特征在于：1＜N≤10。

3.根据权利要求2所述的晶圆的离子注入方法，其特征在于：3≤N≤5。

4.根据权利要求3所述的晶圆的离子注入方法，其特征在于：对所述晶圆依次进行4次离子注入直至达到所述预设离子注入剂量，其中，每次离子注入完毕之后，先将所述晶圆绕所述晶圆的中心轴顺时针或逆时针旋转90度后再进行下一次离子注入。

5.根据权利要求1所述的晶圆的离子注入方法，其特征在于：所述N次离子注入中，每次离子注入采用的剂量为所述预设离子注入剂量的N分之一。

6.根据权利要求1所述的晶圆的离子注入方法，其特征在于：所述N次离子注入中，每次离子注入采用的束流角度相同。

7.根据权利要求1所述的晶圆的离子注入方法，其特征在于：所述N次离子注入中，每次离子注入采用的离子注入能量相同。

8.根据权利要求1所述的晶圆的离子注入方法，其特征在于：所述N次离子注入中，每次离子注入持续的时间相同。

9.根据权利要求1所述的晶圆的离子注入方法，其特征在于：所述离子注入中，离子源产生的离子至少经过两个透镜后再入射至所述晶圆中。

10.根据权利要求1所述的晶圆的离子注入方法，其特征在于：所述晶圆包括6英寸晶圆、8英寸晶圆及12英寸晶圆中的一种。

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