TW202105477A - 基底組件、低放射植入罩幕以及對基底進行植入的方法 - Google Patents
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Abstract
一種基底組件可包括：基底基座；以及低放射植入罩幕，設置在所述基底基座上。低放射植入罩幕可包含含碳材料，所述含碳材料包括由12
C碳同位素前驅物形成的同位素純化的碳。
Description
本發明是有關於一種離子植入，且特別是有關於一種用於高能離子植入的植入罩幕（implant mask）。
離子植入是通過轟擊將摻雜劑或雜質引入基底的製程。離子植入系統可包括離子源及一系列束線部件。離子源可包括產生離子的室。離子源還可包括電源及靠近室設置的提取電極元件。束線部件可包括例如品質分析器、第一加速或減速級、準直器及第二加速或減速級。與一系列用於操縱光束的光學透鏡非常類似，束線部件可對具有特定種類、形狀、能量和/或其他品質的離子或離子束進行過濾、聚焦及操縱。離子束穿過束線部件，並且可被朝安裝在壓板（platen）或夾具（clamp）上的基底引導。
能夠產生大約1 MeV或大於1 MeV的離子能量的植入設備常常被稱為高能離子植入器或高能離子植入系統。一種類型的高能離子植入器採用所謂的串聯加速架構，其中離子通過第一列被加速到高能量，經歷電荷交換以改變極性，且然後被加速到第二能量，所述第二能量在第二列中大約是第一能量的兩倍。另一種類型的高能離子植入器被稱為線性加速器（或LINAC），其中排列成管的一系列電極將離子束沿著所述一系列管傳導並加速到越來越高的能量，其中電極接收射頻（radio frequency，RF）下的RF電壓信號。
當高能離子碰撞工件（也被稱為「基底」）時，除了離子植入之外，還會從工件放射各種種類，包括二次離子、電子以及核粒子，例如中子。在許多情況下，執行圖案化植入，其中基底的那些將不被植入的區被掩蔽。示例性罩幕材料包括光阻（例如，有機系（organic based）光阻）、硬罩幕材料（包括碳SiO2
、SiC或其他材料）。大多數常見的罩幕材料含有大量的碳（C）。元素碳包括占主導地位的12
C同位素、天然存在的大約為1.1%的分數的13
C同位素、以及非常少量的14
C同位素。13
C同位素當被具足夠能量的離子碰撞時可能會被核反應轉化，從而通過中子放射機制導致放射性衰變。
例如碳系（有機）光阻、SiC、碳罩幕材料等罩幕材料傾向於以類似於天然存在的為1.1%的百分比的分數包含13
C同位素。因此，當被高能離子碰撞時、特別是當離子能量高於1 MeV時，已知的碳系罩幕材料容易受到中子放射的影響，並且當離子能量高於2MeV到3 MeV時，這種可能性越來越大。
為了吸收在此種放射性過程中放射的中子，可能有必要在包括容納基底的植入室的離子植入器中安裝非常厚的包層（cladding），例如高密度聚乙烯或硼酸聚乙烯遮罩（borated polyethylene shield）。此外，中子輻射可能會持續一段時間，這就需要在離子植入後處理基底之前具有長的「冷卻」週期。
關於這些及其他考慮，提供了本公開。
在一個實施例中，一種基底組件可包括：基底基座；以及低放射植入罩幕，設置在所述基底基座上，所述低放射植入罩幕包含含碳材料，所述含碳材料包括由12
C碳同位素前驅物形成的同位素純化的碳。
在另外的實施例中，一種低放射植入罩幕可包括：光阻層，具有厚度為10 μm或大於10 μm的層，其中所述光阻層包含由12
C碳同位素前驅物形成的同位素純化的碳。
在又一實施例中，一種對基底進行植入的方法可包括在所述基底上提供低放射植入罩幕，所述低放射植入罩幕包含同位素純化的12
C材料，所述植入罩幕包括開放區及掩蔽區，並且具有第一厚度。所述方法可包括以植入能量將離子種類導向所述基底，其中所述離子種類植入到所述開放區中的所述基底中，而不植入到所述掩蔽區中的所述基底中。因此，所述低放射植入罩幕產生第一中子產量，所述第一中子產量低於當所述離子種類被植入到普通植入罩幕中時的第二中子產量，所述普通植入罩幕具有所述第一厚度並且包含同位素不純碳材料。
所述圖式未必按比例繪製。所述圖式僅為示意圖，並非旨在描繪本公開的具體參數。所述圖式旨在繪示本公開的示例性實施例，且因此不應被視為對範圍進行限制。在所述圖式中，相同的編號表示相同的元件。
在下文中，現將參照附圖來更充分地闡述根據本公開的設備、系統及方法，所述附圖示出所述系統及方法的實施例。所述系統及方法可實施為許多不同的形式且不應被視為僅限於本文中所述的實施例。確切來說，提供這些實施例是為了使本公開將透徹及完整，並將向所屬領域中的技術人員充分傳達所述系統及方法的範圍。
為方便及清晰起見，在本文中將使用例如「頂部（top）」、「底部（bottom）」、「上（upper）」、「下（lower）」、「垂直（vertical）」、「水準（horizontal）」、「側向（lateral）」、及「縱向（longitudinal）」等術語來闡述圖中所示的這些部件及其構成零件相對於半導體製造裝置的部件的幾何形狀及取向而言的相對放置及取向。所述術語將包括具體提及的詞、其派生詞及具有相似意義的詞。
本文中所用的以單數形式描述且前面帶有詞「一（a或an）」的元件或操作被理解為也潛在地包括多個元件或多個操作。另外，在提及本公開的「一個實施例」時並非旨在被解釋為排除也包括所述特徵的附加實施例的存在。
本文中提供了用於改善罩幕材料及基底組件的方法，當暴露於高能植入時，所述方法表現出較低的中子放射。在各種實施例中，提供了採用由同位素純化的12
C材料形成的碳系罩幕層的罩幕材料及基底組件。本文中所用的術語「同位素純化的12
C材料」可指含碳材料，其中根據總碳濃度的13
C濃度（13
C/(13
C+12
C)）為小於0.5%，例如小於0.1%。在一些情況下，同位素純化的12
C層可能含有不可測量的13
C或含有低於百萬分之一（part per million，ppm）的13
C。應注意，任何顯著低於1.1%天然比率的13
C濃度將產生中子放射的成比例減少，且因此可被描述為「同位素純化的12
C」。
本發明人已認識到，雖然許多材料在暴露於高能植入時可能表現出中子放射（包括12
C及13
C兩者），但中子放射截面對於不同的材料表現出不同的能量依賴性。具體來說，本發明實施例利用12
C與13
C之間在MeV範圍內的中子放射的不同能量依賴性。
作為實例，在質子能量低於2 MeV時，從暴露於正氫離子（質子）的13
C的中子放射的截面預計低於10微靶（microbarn）。在質子能量高於2.5 MeV時，中子放射的截面迅速增加，對於3 MeV到10 MeV範圍內的離子能量來說達到50毫靶到100毫靶的範圍，且對於高達25 MeV的離子能量來說保持在高於5毫靶的水平。類似地，對於氦離子來說，13
C的中子放射截面在能量低於500 keV時低於1微靶，而在高於1 MeV時迅速增加達到1毫靶或大於1毫靶的水平，且具體來說，例如對於2 MeV到25 MeV之間的離子能量來說達到幾十毫靶到幾百毫靶的水平。
相比之下，在質子能量低於2 MeV時，從暴露於正氫離子（質子）的12
C的中子放射的截面預計低於5微靶。從暴露於正氫離子（質子）的12
C的中子放射的截面直到離子能量高於15 MeV之前不會增加到毫靶範圍內，對於20 MeV到100 MeV範圍內的離子能量來說達到50毫靶到100毫靶之間的水平。類似地，對於氦離子來說，12
C的中子放射截面在能量低於10 MeV時低於1微靶，而在高於11 MeV時迅速增加，從而例如在11 MeV與25 MeV之間達到大約10毫靶的水平。
應注意，僅舉一種商業實施方式來說，1 MeV到10 MeV左右的離子能量範圍是將氫植入矽晶圓中的許多植入程序的特性。因此，通過提供由同位素純化的12
C形成的掩蔽材料，可安全地執行在MeV範圍（例如用於質子植入的1 MeV到大約15 MeV、以及用於氦植入的高達大約10 MeV）內執行的離子植入製程，其中中子的產量低得多。
根據本公開的各種實施例，可使用有機（含碳）材料來製備光阻材料，其中含碳材料可由同位素純化的12
C含碳化學品形成。可另外使用已知的製程製備光阻材料，使得光阻材料在化學上可與已知的光阻材料相同，不同之處在於光阻中的碳僅含有12
C同位素（忽略微量（例如低於1 ppm）的14
C或13
C（如果存在的話））。根據各種實施例，依據已知的程序，然後可將同位素純化的12
C光阻材料應用於基底作為植入罩幕。
根據本公開的其他實施例，含碳硬罩幕層可形成在基底上，其中含碳硬罩幕層可由同位素純化的12
C碳形成。在其中通過化學氣相沉積（chemical vapor deposition，CVD）來沉積硬罩幕層的一些實施例，可使用同位素純化的12
C前驅物氣體（例如，12
CH4
、12
C2
H6
）來沉積硬罩幕層，其中上標「12」指示具有所述化學式的給定化學品或物質，其中所述給定化學品或物質中的碳材料僅包含碳的12
C同位素（（忽略微量（例如低於1 ppm）的14
C或13
C（如果存在的話））。因此，可通過已知的CVD方法沉積含同位素純化的12
C的硬罩幕層，例如Si12
C、12
C、Si12
CN等。
在其他實施例中，可使用由同位素純化的12
C碳形成的固體靶（solid target）、通過包括濺鍍、蒸鍍等在內的物理氣相沉積（physical vapor deposition，PVD）來沉積硬罩幕層。因此，可通過已知的PVD方法沉積硬罩幕層，例如SiC、C、SiCN等。
可根據已知的程序將同位素純化的12
C硬罩幕層圖案化以形成硬罩幕。
圖1示出根據本公開實施例的用於低中子放射的示例性基底佈置。示出基底佈置100，其中基底102支撐植入罩幕104。植入罩幕104用於界定用於將被植入基底102中的離子的植入圖案。因此，當離子（一般被示出為離子束106）衝擊基底佈置100時，植入罩幕104的不同部分（示出為部分104A、部分104B、部分104C）阻擋離子束106撞擊直接位於所述不同部分下方的區中的基底102。離子束106植入到不存在罩幕材料的開放區110中的基底102中。根據本公開的實施例，如上所述，植入罩幕104可以是由同位素純化的12
C材料形成的含碳層。根據各種實施例，植入罩幕104以給定的罩幕厚度形成，其中罩幕厚度足以防止離子束106的離子完全行進穿過植入罩幕104並碰撞基底102，如箭頭的範圍所示。植入罩幕104的厚度可根據將植入到基底102中的離子能量及離子種類來設定。植入罩幕104的示例性厚度可在幾微米到幾百微米（μm）的範圍內以用於植入程序，其中離子能量被設定在1 MeV到10 MeV的範圍內，並且其中離子種類是質子或氦。所述實施例並不僅限於此上下文中。在一些實施例中，植入罩幕104可以是光阻罩幕、模版罩幕（stencil mask）或硬罩幕。在一些實施例中，植入罩幕104可形成為單個層，其中所述層由同位素純化的12
C材料形成。
應注意，在各種使用場景中，基底佈置100可部署在高能植入器（例如，串聯離子植入器或線性加速器（linear accelerator，LINAC）植入器）中，其中離子束106的離子可以MeV範圍內的能量衝擊基底。舉例來說，在各種非限制性實施例中，離子束106的離子能量可以是1 MeV到10 MeV。當衝擊植入罩幕104時，由於在植入罩幕104的碳種類中不存在13
C，因此由離子束106的離子產生的中子產量可受到抑制。應注意，對於1 MeV到10 MeV的正氫離子（質子）或1 MeV到10 MeV的氦離子來說，相對於具有與植入罩幕104相同的化學組成的已知罩幕，通過植入罩幕104的中子放射可受到抑制，其中在已知罩幕中，13
C同位素以大約為1.1%的天然豐度存在於碳種類中。
圖2示出根據本公開實施例的用於低中子放射的另一示例性基底佈置。示出基底佈置200，其中基底102支撐植入罩幕204。如圖1所示，植入罩幕204用於界定用於將被植入基底102中的離子的植入圖案。因此，當離子（一般被示出為離子束206）衝擊基底佈置200時，植入罩幕204的不同部分（示出為部分204A、部分204B、部分204C）阻擋離子束206撞擊直接位於所述不同部分下方的區中的基底102。
根據本公開的實施例，植入罩幕204可由多個層形成，所述多個層包括一般來說如上所述由同位素純化的12
C材料形成的至少一個含碳層。如圖2所示，植入罩幕204可包括兩個層，所述兩個層包括被示出為上層208的外層、及下層210。上層208可具有與環境的上部介面，在所述介面處離子束206植入到上層208中。因此，上層208可以是由同位素純化的12
C材料形成的含碳層。如同植入罩幕104一樣，上層208的厚度可根據離子束206的離子種類及離子能量來設定，以便將離子束206包含在上層208內。如此一來，下層210可由與上層208不同的材料形成。舉例來說，植入罩幕204可以是在化學上均質的一組層，例如一組兩個含碳光阻層，其中上層208與下層210具有相同的化學組成。下層210與上層208的不同之處可在於下層210由其中13
C對12
C的比率與1.1%的天然豐度相似或相同的碳種類形成。因此，當受到能量在1 MeV到10 MeV範圍內的離子（例如，質子或氦）的照射時，下層210可表現出比上層208的中子放射高得多的中子放射。在植入罩幕204中使用下層210有助於提供相對較厚的罩幕，其中所述罩幕的僅一部分由相對較昂貴的、由同位素純化的12
C形成的層形成。換句話說，同位素純化的12
C罩幕材料可能非常昂貴，使得僅在罩幕的頂部中使用同位素純化的12
C可節省成本，而罩幕的下部由在化學上相同、但具有天然存在的13
C同位素組成的材料製成。此種佈置的優點在於，罩幕的兩個層可在相同的製程中一起進行光刻處置（曝光、顯影、硬烘焙等），同時以最小的附加成本減少罩幕的中子放射。
具體來說，上層208的厚度可使得對於目標植入能量來說，離子束206的一些離子可完全橫穿上層208並穿透到下層210中，而離子束206的離子不穿透到基底102中（206A）。上層208的厚度也可被佈置成其中對於目標植入能量來說，離子束206的離子能量將低於從13
C產生大量中子的閾值能量，例如對於質子離子束來說低於2.5 MeV。換句話說，具有足夠厚度的上層208的存在可允許下層210由含有大量13
C的同位素不純碳形成，因為完全穿透上層208的任何離子的能量被充分降低從而不能產生中子。
圖3示出根據本公開實施例的用於低中子放射的另一示例性基底佈置。示出基底佈置300，其中基底102支撐植入罩幕304。如圖1及圖2所示，植入罩幕304用於界定用於將被植入基底102中的離子的植入圖案。因此，當離子（一般被示出為離子束306）衝擊基底時，植入罩幕304的不同部分（示出為部分304A、部分304B、部分304C）阻擋離子束306撞擊直接位於所述不同部分下方的區中的基底102。
根據本公開的實施例，植入罩幕204可由多個層形成，所述多個層包括如上所述由同位素純化的12
C材料形成的至少一個含碳層。如圖3所示，植入罩幕304可包括兩個層，所述兩個層包括上層308及下層310。上層308可具有與環境的上部介面，在所述介面處離子束306植入到上層308中。因此，上層308可以是由同位素純化的12
C材料形成的含碳層。如同上層208一樣，上層308的厚度可根據離子束306的離子種類及離子能量來設定，以便將離子束306包含在上層308內，或者使離子束306充分減速到使離子束306即使在碰撞下層310時仍不能產生中子。如此一來，下層310可由與上層308不同的材料形成。應注意，在一些實施例中，下層310可由與上層308不同的材料和/或不同的製程形成。舉例來說，下層310可以是硬罩幕材料，而上層308是光阻材料。
圖4繪示根據本公開實施例佈置的離子植入系統400。離子植入系統400可包括能夠產生離子束412的離子源404及提取元件406。離子植入系統400還可包括已知的部件（包括品質分析器408），用於通過偏轉及過濾離子束412來提供經品質分析的束。如圖4所示，離子植入系統400可包括高能加速部件410。高能加速部件410可代表已知的串聯加速器或已知的線性加速器，其中高能加速部件410能夠將離子束412加速到1 MeV或大於1 MeV、例如高達10 MeV、或在一些實施例中高達20 MeV的離子能量。離子植入系統400還可包括準直器414（所述部件可包括校正器磁體）、終端站422，其中基底組件416設置在終端站422中。基底組件416被示出為基底418，包括設置在基底418上的低放射植入罩幕420。低放射植入罩幕420通常根據前述實施例中的任一者被佈置為含碳罩幕，其中低放射植入罩幕420的至少上層由同位素純化的12
C材料形成。
在操作中，當離子束412以例如1 MeV到10 MeV的能量碰撞基底組件416時，與植入罩幕包括具有相當大的13
C分數（例如，在1.1%13
C範圍內的天然存在的分數）的碳的已知佈置相比，抑制了來自基底組件416的中子放射。
圖5繪示根據本公開一些實施例的示例性製程流程500。在方塊502處，在高能離子植入器的植入室中提供基底。在方塊504處，在基底上提供低放射植入罩幕。在各種實施例中，如上所述，低放射植入罩幕包括由同位素純化的12
C形成的含碳層。在一些實施例中，低放射植入罩幕可以是單個層，而在其他實施例中可包括多個層。
在方塊506處，在高能離子植入器中產生離子束，並且沿著束線將離子束加速到高離子能量。在各種非限制性實施例中，高離子能量可在高於1 MeV、高於3 MeV、高於5 MeV、高達10 MeV的範圍內。作為實例，離子植入器可以是被佈置成加速氫離子、氦離子或其他離子的串聯加速器。實施例並不僅限於此上下文中。在附加的實施例中，離子植入器可以是能夠將離子加速到1 MeV到10 MeV範圍內的離子能量的線性加速器。因此，在通過串聯加速器或線性加速器加速之後，離子束可以1 MeV到10 MeV範圍內的高能量出現在束線的下游部分中。
在方塊508處，將高能離子導向基底，其中高能離子植入到在低放射植入罩幕的開放區中的基底中，並且其中高能離子在低放射植入罩幕中被捕獲。因此，在植入製程期間，與使用在化學上類似於低植入罩幕的已知植入罩幕的情景相比，中子產量可受到抑制，其中已知植入罩幕由其中可能存在大量13
C（例如，在1.1原子%的範圍內）的同位素不純的碳形成。
鑒於前述內容，通過本文中公開的實施例，實現了至少以下優點。第一個優點是，通過在基底上提供含同位素純化的12
C的低放射植入罩幕，在MeV範圍內（例如在大約1 MeV與10 MeV左右之間）的能量下進行離子植入期間，可減少中子放射。作為第二個優點，可改善高能植入後的基底處理，因為可避免植入後的「冷卻」週期，其中可避免植入後（post implantation）中子放射，例如在高能植入到由約1%分數的13
C同位素形成的含碳罩幕中之後產生的放射。
儘管本文已闡述了本公開的某些實施例，但本公開並不僅限於此，這是因為本公開的範圍具有所屬領域所允許的及本說明書所表明的最廣範圍。因此，上述說明不應被視為限制性的。所屬領域中的技術人員將想到在所附申請專利範圍的範圍及精神內的其他修改。
100:基底佈置
102:基底
104:植入罩幕
104A、104B、104C:植入罩幕的部分
106:離子束
110:開放區
200:基底佈置
204:植入罩幕
204A、204B、204C:植入罩幕的部分
206:離子束
206A:箭頭
208:上層
210:下層
300:基底佈置
304:植入罩幕
304A、304B、304C:植入罩幕的部分
306:離子束
308:上層
310:下層
400:離子植入系統
404:離子源
406:提取元件
408:品質分析器
410:高能加速部件
412:離子束
414:準直器
416:基底組件
418:基底
420:低放射植入罩幕
422:終端站
500:製程流程
502、504、506、508:方塊
圖1示出根據本公開實施例的用於低中子放射的示例性基底佈置。
圖2示出根據本公開又一些實施例的用於低中子放射的示例性基底佈置。
圖3示出根據本公開附加實施例的用於低中子放射的另一基底佈置。
圖4示出根據本公開又一些實施例的示例性離子植入器佈置。
圖5繪示根據本公開一些實施例的示例性製程流程。
100:基底佈置
102:基底
104:植入罩幕
104A、104B、104C:植入罩幕的部分
106:離子束
110:開放區
Claims (20)
- 一種基底組件，包括： 基底基座；以及 低放射植入罩幕，設置在所述基底基座上，所述低放射植入罩幕包含含碳材料，所述含碳材料包括由12 C碳同位素前驅物形成的同位素純化的碳。
- 如請求項1所述的基底組件，所述低放射植入罩幕的特徵在於13 C碳同位素濃度小於0.5%。
- 如請求項1所述的基底組件，所述低放射植入罩幕的特徵在於13 C碳同位素濃度小於0.1%。
- 如請求項1所述的基底組件，所述低放射植入罩幕包括由同位素純化的12 C形成的外層、以及在所述外層下方的由同位素不純碳形成的下層。
- 如請求項1所述的基底組件，所述低放射植入罩幕包括至少10 μm的厚度。
- 如請求項4所述的基底組件，所述外層包括至少10 μm的厚度。
- 如請求項1所述的基底組件，所述低放射植入罩幕包含光阻材料或硬罩幕材料。
- 一種低放射植入罩幕，包括： 光阻層，具有厚度為10 μm或大於10 μm的層，其中所述光阻層包含由12 C碳同位素前驅物形成的同位素純化的碳。
- 如請求項8所述的低放射植入罩幕，所述光阻層的特徵在於13 C碳同位素濃度小於0.5%。
- 如請求項8所述的低放射植入罩幕，所述光阻層的特徵在於13 C碳同位素濃度小於0.1%。
- 如請求項8所述的低放射植入罩幕，所述光阻層包括由同位素純化的12 C形成的外層、以及在所述外層下方的由同位素不純碳形成的下層。
- 一種對基底進行植入的方法，包括： 在所述基底上提供低放射植入罩幕，所述低放射植入罩幕包含同位素純化的12 C材料，所述植入罩幕包括開放區及掩蔽區，並且具有第一厚度；以及 以植入能量將離子種類導向所述基底， 其中所述離子種類植入到所述開放區中的所述基底中，而不植入到所述掩蔽區中的所述基底中， 並且其中所述低放射植入罩幕產生第一中子產量，所述第一中子產量低於當所述離子種類被植入到普通植入罩幕中時的第二中子產量，所述普通植入罩幕具有所述第一厚度並且包含同位素不純碳材料。
- 如請求項12所述的方法，所述低放射植入罩幕的特徵在於13 C碳同位素濃度小於0.5%。
- 如請求項12所述的方法，所述低放射植入罩幕的特徵在於13 C碳同位素濃度小於0.1%。
- 如請求項12所述的方法，所述低放射植入罩幕包括由同位素純化的12 C形成的外層、以及在所述外層下方的由同位素不純碳形成的下層。
- 如請求項12所述的方法，所述低放射植入罩幕包含光阻材料或硬罩幕材料。
- 如請求項12所述的方法，其中所述植入能量在100 keV與10 MeV之間。
- 如請求項12所述的方法，其中所述植入能量高於1 MeV。
- 如請求項12所述的方法，所述植入包括： 沿著離子植入器的束線將作為離子束的所述離子種類加速到高離子能量。
- 如請求項19所述的方法，所述離子植入器包括線性加速器或串聯加速器。
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