TWI417929B - 低溫離子佈植方法 - Google Patents
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Description
本發明係有關離子佈植，特別是有關低溫離子佈植。
目前已發現於離子佈植時維持較低的基板(substrate)溫度對於淺接面的形成可能有助益，特別是對於半導體的持續縮小化越來越重要的超淺接面；其亦可能對提升離子佈植的良率有幫助。
傳統的低溫離子佈植開始時會於佈植程序前將一基板由外界環境，例如大氣環境，移入佈植機(implanter)。如圖1a所示，接著進行冷卻程序(由時間tc
到時間ti
)，以使基板溫度從環境溫度(TR
)，例如約為15~25℃，降至大約為一預定佈植溫度(TP
)，例如約為-15~-25℃，此溫度通常低於水的冰點，並且基本上即為佈植程序中靜電夾盤(e-chuck)的溫度。此處，基板可於佈植機外的至少一承載盤(cassette)、一佈植機的前置腔體(load lock)或一佈植機的腔室(chamber)中等進行降溫。
一般會通入氣體到氣體背面以冷卻基板，但降溫的過程需要數秒(甚至數分鐘)。請繼續參照圖1a，於佈植過程中(由時間ti
到時間th
)，基板受到離子束能量加熱，再透過降溫機制(例如背面氣體(backside gas))降溫。通常來說，為了確保經過佈植程序的基板的佈植品質，會適度地調整降溫機制的操作，以保證佈植過程中(由時間ti
到時間th
)，基板的溫度大致與預定佈植溫度(TP
)相同，或者至少不超過一上限溫度(TL
)。此處，基板溫度的上升曲線可為線性或非線性；圖1a所示佈植過程中(由時間ti
到時間th
)的上升曲線僅為示意，但如果上限溫度(TL
)與預定佈植溫度(TP
)相當接近，如圖1b所示，則佈植過程(由時間ti
到時間th
)的上升曲線可簡化為一條水平直線。
請繼續參照圖1a或圖1b，完成佈植程序後，接著進行一加熱程序(由時間th
到時間tf
)，以使受佈植的基板升溫至一似環境溫度(TR’
)，再將受佈植的基板由佈植機移至外界環境，以進行後續的半導體製程，其中，似環境溫度可與大氣環境溫度相近，或高於外界環境中水的露點溫度(dew point of wafer)，因此，可避免因溫差而導致基板表面水凝結的問題。
前述程序需要數秒(甚至數分鐘)使基板由環境溫度降至預定佈植溫度，並且也需要數秒(甚至數分鐘)使受佈植的基板由預定佈植溫度升至似環境溫度。此外，於低溫離子佈植程序中，為了確保佈植程序的均勻度及品質，冷卻程序以及加熱程序均與離子佈植程序分開，但是冷卻程序及加熱程序均耗費時間，以致於低溫離子佈植的產量受限。
因此，提供一新穎且有效的方法來增進低溫離子佈植實為目前亟需努力之目標。
因此，本發明一實施例提供一低溫離子佈植方法。首先，將一基板由一外界環境移入一腔室，其中，外界環境具有一外界環境溫度；接著，進行一冷卻程序，以使一基板溫度降至低於外界環境溫度；再來，進行一佈植程序且持續進行冷卻程序，以同時冷卻基板以及將離子佈植於基板；然後，完成冷卻程序，並持續進行佈植程序，以將離子佈植至基板；接著，完成佈植程序，之後進行一加熱程序，以加熱基板；最後，將基板由腔室移至外界環境。
本發明另一實施例提供一低溫離子佈植方法。首先，將一基板由一外界環境移入一腔室，其中外界環境具有一外界環境溫度；然後，進行一冷卻程序，以使基板的一基板溫度降至低於外界環境溫度；再來，於冷卻程序完成後，進行一佈植程序，以將離子佈植至基板；然後，進行一加熱程序，並持續進行佈植程序，以同時加熱基板以及將離子佈植至基板；接著，完成佈植程序完成，並持續進行加熱程序，以加熱基板；最後，將基板由腔室移至外界環境。
本發明例另一實施例提供一低溫離子佈植方法。首先，於一腔室中提供一離子束，以及將一基板由一外界環境移入腔室；然後，進行一冷卻程序，以冷卻基板；接著，進行一佈植程序，以將離子佈植至基板，其中，一或多個溫度調整程序以及佈植程序的一部分期間或多個部分期間同時進行；再來，進行一加熱程序，以加熱基板；最後，將基板由腔室移至外界環境。
本發明之詳細說明將於以下之實施例呈現，這些實施例並非用以限制本發明的範圍，且應能隨其它的應用而調整。圖式中所示之細節，例如元件的數量等，除非說明書中對其另外有明確的限定，應被認為可依實際情況不同而有變化。
為簡化說明及圖式，以下說明及相關圖式並沒有特別強調預定佈植溫度及上限溫度的差別。實際上，其中一些說明及圖式假設兩者不同，而其它說明及圖式則假設兩者相同(或至少兩者的差異是可被忽略的)。但是，本發明並不限於預定佈植溫度與上限溫度的差異，本領域中具有通常知識者應能將此差異加入以下的說明及相關圖式。
圖2為本發明一實施例之低溫離子佈植方法的流程圖。於步驟20中，將一基板由一外界環境移入一腔室，其中外界環境具有一外界環境溫度；於步驟22中，進行一冷卻程序以使基板的溫度降至低於外界環境溫度；於步驟24中，進行一佈植程序且持續進行冷卻程序，以同時冷卻基板及將離子佈植至基板；於步驟26中，完成冷卻程序，並繼續進行佈植程序，以將離子佈植至基板；於步驟28中，完成佈植程序，之後進行一加熱程序，以加熱基板；於步驟30中，將基板由腔室移至外界環境。
圖3為本發明另一實施例於低溫離子佈植時，基板溫度與時間的關係圖。於本實施例中，佈植程序與冷卻程序部分重疊。
首先，進行一冷卻程序，以在時間tc
至時間ti
內，將基板由大約為環境溫度(TR
)降至一較低溫度。於冷卻程序中，當達到一溫度TS
時(對應時間ts
)，即開始進行離子佈植程序，其中，溫度TS
係介於環境溫度(TR
)以及預定佈植溫度(TP
)間，且選擇性地高出預定佈植溫度(TP
)許多。因此，從時間ts
到時間ti
，佈植程序是伴隨著冷卻程序進行。此處，從時間ts
到時間ti
，基板溫度可降至與預定佈植溫度(TP
)實質相等。另外，同時進行離子佈植與冷卻基板的期間(由時間ts
至時間ti
)與冷卻程序的總期間(由時間tc
至時間ti
)的比值不超過一半；並且完成冷卻程序的時點不晚於佈植程序之期間的一半，以及上限溫度(TL
)是假設與預定佈植溫度(TP
)相等。
到時間ti
時，冷卻程序已完成，而佈植程序則持續地在進行，以將離子佈植至基板中，直到佈植程序於時間th
完成；佈植程序完成後，接著進行加熱程序(由時間th
至時間tf
)，以將受佈植的基板升溫至等於或低於環境溫度(TR
)的似環境溫度(TR
’)；最後，將受佈植的基板由佈植機移至外界環境，以進行後續的半導體製程。
圖4為本發明另一實施例於低溫離子佈植時，基板溫度與時間的關係圖。與前述實施例相似的是，佈植程序仍在基板溫度降至預定佈植溫度前已開始進行，因此從時間ts
到時間ti
，佈植程序伴隨著冷卻程序進行。但於本實施例中，同時進行離子佈植與冷卻基板的期間(由時間ts
至時間ti
)與冷卻程序的總期間(由時間tc
至時間ti
)的比值不小於一半，完成冷卻程序的時點不晚於離子佈植程序之期間的一半，並且上限溫度(TL
)是假設明顯高於預定佈植溫度(TP
)。
另外，雖然圖3與圖4顯示基板溫度係降至實質與預定佈植溫度(TP
)相等，但本發明並無限制於時間ts
至時間ti
間，基板溫度應如何變化。實際上，由於離子束能量所產生的熱量，於時間ts
至時間ti
間，基板溫度亦可降至一高於預定佈植溫度(TP
)的特定溫度，或甚至提升至一高於溫度TS
的溫度。在此，這些實施例的特徵是冷卻程序與佈植程序的重疊，而圖3與圖4僅呈現了一簡單的例子以簡化圖式與相關說明。
圖5為本發明另一實施例之低溫離子佈植方法之流程圖。於步驟50中，將一基板由外界環境移入一腔室，其中，外界環境具有一外界環境溫度；於步驟52中，進行一冷卻程序以使基板的溫度低於外界環境溫度；於步驟54中，在冷卻程序完成後進行一佈植程序；於步驟56中，進行一加熱程序，並持續進行佈植程序，以同時加熱基板及將離子佈植至基板；於步驟58中，完成佈植程序，並持續進行加熱程序以加熱基板；於步驟60中，將基板由腔室移至外界環境。
圖6為本發明另一實施例於低溫離子佈植時，基板溫度與時間的關係圖。於本實施例中，佈植程序沒有與冷卻程序重疊，而是與加熱程序重疊。
需強調的是，本實施例主要的一特徵在於加熱程序於時間ts’
開始，時間ts’
係介於時間ti
與時間th
之間，亦即加熱程序的進行係在佈植程序(由時間ti
至時間th
)完成之前。另外，可選擇性地保持受佈植的基板的溫度不超過上限溫度(TL
)，以確保時間ts’
至時間th
期間離子佈植的品質，並且亦可選擇性地於時間ts’
至時間th
期間允許受佈植的基板的溫度高於上限溫度(TL
)，而仍能使整個佈植程序達成可接受的佈植品質。當佈植程序於時間th
完成後，可繼續進行加熱程序，直到於時間tf
時，受佈植至基板的溫度升高至似環境溫度(TR’
)。此時，將受佈植至基板由佈植機移至外界環境，以進行後續的半導體製程。再者，如圖6所示，同時進行離子佈植與加熱基板的期間(由時間ts’
至時間th
)與加熱程序的總期間(由時間ts’
至時間tf
)的比值不大於一半，開始加熱程序的時點不早於離子佈植程序之期間的一半，並且上限溫度(TL
)是假設大致與預定佈植溫度(TP
)相同。
圖7為本發明另一實施例之基板溫度與低溫離子佈植的時序關係圖。如同上述實施例所述，加熱程序係於佈植程序進行中開始，但同時進行離子佈植與加熱基板的期間與加熱程序的總期間的比值不小於一半，並且，假設上限溫度(TL
)為明顯高於預定佈植溫度(TP
)。此外，加熱程序開始時的基板溫度並無特別限制。
需強調的是，在前述的實施例中，一主要的特徵為至少有部分期間的冷卻程序或加熱程序以及至少部分期間的佈植程序重疊。由於任二程序的重疊，二程序完成所需時間可減少，因此可提升低溫離子佈植的產量。當然，應適當的調整重疊的比例以平衡產量及佈植品質。舉例來說，為增進產量，大部分的佈植程序可伴隨著冷卻程序進行，如圖4所示，或者伴隨著加熱程序進行，如圖7所示。舉例來說，為提升佈植至基板的均勻度，大部分的佈植程序可單獨進行，如圖3與圖6所示。此外，基於低溫離子佈植的一般要求，佈植程序開始伴隨冷卻程序的預定佈植溫度(TP
)與溫度TS
均通常小於水的冰點；換句話說，為了低溫離子佈植的優勢，佈植程序通常在基板溫度夠低時才開始。
上述實施例中的溫度調整可簡單地達成。舉例來說，當離子束功率為固定而背面氣體的壓力為可調整，重疊部分佈植程序與冷卻程序可簡單地以提早開始投射離子束達成，重疊部分佈植程序與加熱程序亦可簡單地以提早降低背面氣體的壓力達成。當然，這些實施例也可以調整離子束功率達成，例如，重疊部分佈植程序與加熱程序可簡單地透過提高離子束功率達成，而不必降低背面氣體的壓力。此外，另一個範例採用燈具於佈植程序中加熱基板，因此基板溫度可以透過改變燈具的功率來調節。
圖8為本發明又一實施例於低溫離子佈植時基板溫度與時間的關係圖。如圖8所示，離子佈植程序(由時間ts
至時間th
)部分與冷卻程序(由時間tc
至時間ti
)以及加熱程序(由時間ts’
至時間th
)重疊。此處為了簡化圖式以及說明，本實施例假設上限溫度(TL
)與預定佈植溫度(TP
)相等。可以理解的是，由於這些程序有更顯著的重疊，產量應可進一步提升。
此外，將佈植程序與冷卻程序(及/或加熱程序)重疊可視為於部分的佈植過程中額外的帶走熱量(及/或加入熱量)。須注意的是，冷卻程序係用以使基板溫度由一較高溫度降至佈植程序所需的適當溫度範圍，加熱程序係用以使基板溫度由佈植程序所需的適當溫度範圍提升至一較高溫度。可以理解的是，額外的熱量變化可能會對基板的離子佈植產生影響，例如影響移動後的矽原子的分佈，進而影響及驅動佈植的雜質後續的擴散及激活。雖然於離子佈植過程中，每一基板溫度的變化都有對應的影響，但不同的基板溫度的變化也可能產生類似的影響。舉例來說，在一個10秒鐘的期間，使受佈植的基板的溫度維持於一高於預定佈植溫度的特定溫度的影響，可能基本上與在兩個分開的5秒鐘的期間，使受佈植的基板的溫度維持於特定溫度的效果影響等同。
因此，圖8所示實施例的受佈植至基板的佈植結果，可能與圖9所示另一實施例的受佈植至基板的佈植結果相等。此處因重疊冷卻/加熱程序(如圖8所示)而對受佈植至基板的額外加熱，與在佈植程序的中間部分期間(從時間th1
至時間th2
)(如圖9所示)對受佈植至基板的額外加熱相等。當然，如上述簡要說明所述，另一等同的實施例為在佈植程序的不同部分期間(從時間th3
至時間th4
以及從時間th5
至時間th6
)(未圖示)，對受佈植至基板額外加熱。另外，本發明對於不同實施例的細節並未限制，例如額外加熱程序有多少數量，基板溫度是如何變化，甚至額外加熱程序是否與冷卻程序(及/或加熱程序)重疊等。
因此，圖10為本發明一實施例之低溫離子佈植方法之流程圖。於步驟100中，於一腔室中提供一離子束，以及將一基板由一外界環境移入該腔室；於步驟140中，進行一冷卻程序，以冷卻基板；於步驟160中，進行一佈植程序，以將離子佈植至基板，其中，一或多個溫度調整程序以及佈植程序的一部分期間或多個部分期間同時進行；於步驟180中，進行一加熱程序，以加熱基板；於步驟200中，將基板由腔室移至外界環境。
相似地，本實施例並無限制進行溫度調整程序的期間與佈植程序的總期間的比值，其可為大於、等於或小於一半。另外，佈植程序可於冷卻程序將基板溫度降至與一預定佈植溫度實質相等前開始，而加熱程序可於基板溫度不低於外界環境的水的露點完成。此外，不論是冷卻程序、加熱程序及額外加熱程序，均可使用氣體冷卻基板的背面，以及透過改變氣體的壓力來調整基板的溫度，並且可使用燈具加熱基板，以及透過改變燈具的功率來調整基板的溫度。
當然，以上實施例應以產量與佈植品質的平衡為努力的目標。因此，佈植過程中基板溫度的變化應適當的調整。舉例來說，重疊佈植程序以及冷卻/加熱程序，會縮短佈植過程中基板溫度與預定佈植溫度實質相等的期間。因此，對於相同的佈植要求，例如相同的佈植深度以及相同的佈植劑量，本發明一實施例可選擇性地與另一實施例的預定佈植溫度不同，甚至與每一前案的預定佈植溫度不同。另外，於佈植程序中的特定部分可選擇性地使基板溫度低於預定佈植溫度(也就是進行一額外冷卻程序)。
以上所述之實施例僅是為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。
tc
、ti
、th
、tf
、ts
、ts’
、th1
、th2
．．．時間
TR
．．．環境溫度
TR’
．．．似環境溫度
TL
．．．上限溫度
TP
．．．預定佈植溫度
TS
．．．溫度
20、22、24、26、28、30．．．步驟
50、52、54、56、58、60．．．步驟
100、140、160、180、200．．．步驟
圖1a與圖1b為傳統低溫離子佈植時，基板溫度與時間的關係圖。
圖2為本發明一實施例之低溫離子佈植方法之流程圖。
圖3為本發明一實施例於低溫離子佈植時，基板溫度與時間的關係圖。
圖4為本發明另一實施例於低溫離子佈植時，基板溫度與時間的關係圖。
圖5為本發明另一實施例之低溫離子佈植方法之流程圖。
圖6為本發明另一實施例於低溫離子佈植時，基板溫度與時間的關係圖。
圖7為本發明另一實施例於低溫離子佈植時，基板溫度與時間的關係圖。
圖8為本發明另一實施例於低溫離子佈植時，基板溫度與時間的關係圖。
圖9為本發明另一實施例於低溫離子佈植時，基板溫度與時間的關係圖。
圖10為本發明另一實施例之低溫離子佈植方法之流程圖。
100、140、160、、180、、200．．．步驟
Claims (20)
- 一種低溫離子佈植方法，包含：將一基板由一外界環境移入一腔室，其中該外界環境具有一外界環境溫度；進行一冷卻程序，以使該基板的一基板溫度降至低於該外界環境溫度；進行一佈植程序且持續進行該冷卻程序，以同時冷卻該基板以及將離子佈植該基板；完成該冷卻程序，並持續進行該佈植程序，以將離子佈植該基板；完成該佈植程序，之後進行一加熱程序，以加熱該基板；以及將該基板由該腔室移至該外界環境。
- 如請求項1所述之低溫離子佈植方法，其中，該冷卻程序與該佈植程序係同時進行直到該基板溫度與一預定佈植溫度實質相等為止。
- 如請求項1所述之低溫離子佈植方法，其中，該佈植程序於該基板溫度低於水的冰點開始。
- 如請求項1所述之低溫離子佈植方法，其中，同時進行離子佈植以及冷卻該基板的期間與該冷卻程序的總期間的比值不大於一半。
- 如請求項1所述之低溫離子佈植方法，其中，同時進行離子佈植以及冷卻該基板的期間與該冷卻程序的總期間的比值不小於一半。
- 如請求項1所述之低溫離子佈植方法，其中，完成該冷卻程序的一時點不晚於該佈植程序之期間的一半。
- 如請求項1所述之低溫離子佈植方法，更包含以下一或多個步驟：以一氣體冷卻該基板的背面，以及改變該氣體的壓力以調整該基板溫度；以及以一燈具加熱該基板，以及改變該燈具的功率以調整該基板溫度。
- 一種低溫離子佈植方法，包含：將一基板由一外界環境移入一腔室，其中該外界環境具有一外界環境溫度；進行一冷卻程序，以使該基板的一基板溫度降至低於該外界環境溫度；於該冷卻程序完成後，進行一佈植程序，以將離子佈植該基板；進行一加熱程序，並持續進行該佈植程序，以同時加熱該基板以及將離子佈植該基板；完成該佈植程序，並持續進行該加熱程序，以加熱該基板；以及將該基板由該腔室移至該外界環境。
- 如請求項8所述之低溫離子佈植方法，其中，該加熱程序與該佈植程序係在該基板溫度與一預定佈植溫度實質相等後開始同時進行。
- 如請求項8所述之低溫離子佈植方法，其中，同時進行離子佈植以及加熱該基板的期間與該加熱程序的總期間的比值不大於一半。
- 如請求項8所述之低溫離子佈植方法，其中，同時進行離子佈植以及加熱該基板的期間與該加熱程序的總期間的比值不小於一半。
- 如請求項8所述之低溫離子佈植方法，其中，開始該加熱程序的一時點不早於該佈植程序之期間的一半。
- 如請求項8所述之低溫離子佈植方法，其中，該加熱程序係於該基板溫度不低於該外界環境的水的露點時完成。
- 如請求項8所述之低溫離子佈植方法，更包含以下一或多個步驟：以一氣體冷卻該基板的背面，以及改變該氣體的壓力以調整該基板溫度；以及以一燈具加熱該基板，以及改變該燈具的功率以調整該基板溫度。
- 一種低溫離子佈植方法，包含：於一腔室中提供一離子束，以及將一基板由一外界環境移入該腔室；進行一冷卻程序，以冷卻該基板；進行一佈植程序，以將離子佈植該基板，其中，一或多個溫度調整程序以及該佈植程序的一部分期間或多個部分期間同時進行；進行一加熱程序，以加熱該基板；以及將該基板由該腔室移至該外界環境。
- 如請求項15所述之低溫離子佈植方法，其中，進行該溫度調整程序的期間與該佈植程序的總期間的比值不大於一半。
- 如請求項15所述之低溫離子佈植方法，其中，進行該溫度調整程序的期間與該佈植程序的總期間的比值不小於一半。
- 如請求項15所述之低溫離子佈植方法，其中，該佈植程序係於該基板溫度由該冷卻程序降低至實質與一預定佈植溫度相等時開始。
- 如請求項15所述之低溫離子佈植方法，其中，該加熱程序係於該基板溫度不低於該外界環境的水的露點時完成。
- 如請求項15所述之低溫離子佈植方法，更包含以下一或多個步驟：以一氣體冷卻該基板的背面，以及改變該氣體的壓力以調整該基板溫度；以及以一燈具加熱該基板，以及改變該燈具的功率以調整該基板溫度。
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