TWI768238B - 半導體形成裝置與半導體裝置的形成方法 - Google Patents

半導體形成裝置與半導體裝置的形成方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI768238B
TWI768238B TW108131465A TW108131465A TWI768238B TW I768238 B TWI768238 B TW I768238B TW 108131465 A TW108131465 A TW 108131465A TW 108131465 A TW108131465 A TW 108131465A TW I768238 B TWI768238 B TW I768238B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
opening
region
wafer
semiconductor
area
Prior art date
Application number
TW108131465A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202025254A (zh
Inventor
黃威瀚
譚倫光
Original Assignee
台灣積體電路製造股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 台灣積體電路製造股份有限公司 filed Critical 台灣積體電路製造股份有限公司
Publication of TW202025254A publication Critical patent/TW202025254A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI768238B publication Critical patent/TWI768238B/zh

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/265—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
    • H01L21/266—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation using masks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/20—Means for supporting or positioning the objects or the material; Means for adjusting diaphragms or lenses associated with the support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/3002—Details
    • H01J37/3007—Electron or ion-optical systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/317—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation
    • H01J37/3171—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation for ion implantation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/268—Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67253—Process monitoring, e.g. flow or thickness monitoring
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/68—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for positioning, orientation or alignment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/20—Positioning, supporting, modifying or maintaining the physical state of objects being observed or treated
    • H01J2237/202—Movement
    • H01J2237/20278—Motorised movement
    • H01J2237/20285—Motorised movement computer-controlled
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/30—Electron or ion beam tubes for processing objects
    • H01J2237/317—Processing objects on a microscale
    • H01J2237/31701—Ion implantation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Encapsulation Of And Coatings For Semiconductor Or Solid State Devices (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)

Abstract

此處所述的系統與方法用於可變且動態控制可變開口遮罩單元，以定義、隔離、及/或遮罩摻質佈植及/或熱退火製程的擴散區域，其可用於生產進階半導體裝置的晶圓製作中。可動態放置多個隔離材料平板，以定義多個隔離材料平板的邊緣之間的可變遮罩開口的尺寸、位置、與形狀。隔離材料平板可連接於聯合的一對載具之間。載具耦接至可變裝置遮罩單元的兩側上的一組平行軌道，並可沿著平行的軌道移動。

Description

半導體形成裝置與半導體裝置的形成方法
本發明實施例關於半導體的形成方法以及動態控制露出的區域，以用於進行退火製程及定義摻質佈植於半導體基板中的位置。
半導體裝置用於多種電子設備中，比如個人電腦、手機、數位相機、或其他電子設備。半導體裝置的製作方法通常為依序沉積絕緣或介電層、導電層、與半導體層的材料於半導基板上，接著採用微影與蝕刻製程圖案化多種層狀物，並結合摻質佈植與熱退火技術以形成電路構件與單元於半導體基板上。
半導體產業持續縮小最小結構尺寸，以持續改善多種電子構件(如電晶體、二極體、電阻、電容、或類似物)的積體密度，以將更多構件整合至給定面積中。然而隨著最小結構尺寸縮小，需解決製程與技術中額外產生的問題。
本發明一實施例提供之半導體形成裝置，包括：多個軌道；多個載具，配置於軌道的對應軌道上，且載具的每一者經控制以沿著軌道之一者移 動至特定位置；多個隔離平板，耦接至載具，並具有定義於隔離平板的邊緣之間的開口；開口控制單元，以控制開口的所需尺寸；以及半導體晶圓支撐裝置。
本發明一實施例提供之半導體裝置的形成方法，包括：配置半導體基板的第一晶片區域至第一位置中；對準多個滑動板的邊緣以設定可調遮罩的第一開口尺寸；使第一離子束穿過第一開口；將第一離子束的第一雜質導入第一晶片區域中的第一區中的半導體基板中，對準滑動板的邊緣以設定可調遮罩的第二開口尺寸，且第二開口尺寸與第一開口尺寸不同；使第二離子束穿過第二開口；以及將第二離子束的第二雜質導入第一晶片區域中的第二區中的半導體基板中。
本發明一實施例提供之半導體裝置的形成方法，包括：移動可變區域遮罩單元的多個隔離平板之隔離平板至第一獨特位置，使可變區域遮罩單元的第一開口定義於隔離平板的邊緣之間；以及採用可變區域遮罩單元的第一開口露出半導體晶圓上的一系列目標晶粒中的第一佈植區以進行第一系列的第一摻質佈植製程，並採用可變區域遮罩單元的隔離平板遮罩一系列目標晶粒中的第一佈植區之外的半導體晶圓的區域。
θ:角度
A1:第一退火製程區
A2:第二退火製程區
A3:第三退火製程區
H1:第一高度
H101:高度
I1:第一佈植區
I2:第二佈植區
I3:第三佈植區
L101:長度
T105:厚度
W101:寬度
100:可變開口遮罩單元
101,101a,101b:載軌
103:平板載具
104:方向
105,105a,105b:隔離平板
107:可變遮罩開口
203:切口
205:雙凸緣輪組
207:軌道
209:力
300:雷射系統
301:雷射源
302:雷射束
303:光學元件
305:光學透鏡
307:目標晶粒
309:半導體晶圓
311:控制單元
313,413:晶圓處理單元
400:摻質佈植系統
401:離子源
402:離子束
403:質量分析磁鐵
404:同調離子束
405:線性加速器
407:匯聚單元
409:開口
411:末端站點
501:腔室
502:質流控制器
503:質流單元
504:質流計
505:真空泵浦系統
507:節流閥
509:感測器
511:離子產生器
513:加熱元件
517:半導體裝置
圖1係一些實施例中，進行摻質佈植與退火製程所用的可變開口遮罩單元。
圖2A係一些實施例中，圖1的可變開口遮罩單元的隔離材料平板的配置。
圖2B係一些實施例中，圖1的可變開口遮罩單元的隔離材料平板載具的細節。
圖3A係一些實施例中，含有對半導體晶圓的目標晶粒進行退火製程所用的可變開口遮罩單元的雷射系統。
圖3B係一些實施例中，圖3A的雷射系統採用與定義的目標晶粒的退火製程區與半導體晶圓的細節圖。
圖4A係一些實施例中，含有在半導體晶圓的目標晶粒中進行摻質佈植所用的可變開口遮罩單元的摻質佈植系統。
圖4B係一些實施例中，圖4A的摻質佈植系統採用與定義的目標晶粒的摻質佈植製程區與半導體晶圓的細節圖。
圖5A至5E係一些實施例中，圖4A的摻質佈植製程系統所進行的多種摻質佈植製程。
本發明實施例關於半導體的形成方法以及動態控制露出的區域，以用於進行退火製程及定義摻質佈植於半導體基板中的位置。然而所述實施例可用於多種製程與裝置，而不限於上述應用。
下述內容提供的不同實施例或實例可實施本發明的不同結構。下述特定構件、與配置的實施例係用以簡化本發明內容而非侷限本發明。舉例來說，形成第一構件於第二構件上的敘述包含兩者直接接觸的實施例，或兩者之間隔有其他額外構件而非直接接觸的實施例。另一方面，本發明之多個實例可重複採用相同標號以求簡潔，但多種實施例及/或設置中具有相同標號的元件並不必然具有相同的對應關係。
此外，空間性的相對用語如「下方」、「其下」、「較下方」、 「上方」、「較上方」、或類似用語可用於簡化說明某一元件與另一元件在圖示中的相對關係。空間性的相對用語可延伸至以其他方向使用之元件，而非侷限於圖示方向。元件亦可轉動90°或其他角度，因此方向性用語僅用以說明圖示中的方向。
一些實施例說明定義、隔離、及/或遮罩擴散區以及熱退火區所用的可變與動態控制系統及方法。一些實施例的系統、設備、工具、結構、與技術可提供高度控制與有效的方法，在形成進階半導體裝置時可用於進行晶圓製作中的摻質佈植(如離子佈植)與熱處理(如退火)。此處所述的實施例可最小化、避免、及/或省略製作時，位於晶圓的不同材料與不同區域上的不必要熱應力(如圖案負載效應)。此外，此處所述的實施例在製作晶圓時，可提供高度控制的半導體基板的局部區域暴露至摻質佈植及/或熱處理，其可具有高度一致的退火結果，且可最小化及/或避免熱處理的不一致與多重掃描所導致的問題(如縫合效應)。此外，由於摻質佈植時用以定義、隔離、及/或遮罩擴散區的可變與動態控制，定義佈植區的方法可避免採用多個遮罩。
圖1係一些實施例中，可變開口遮罩100的圖式。可變開口遮罩單元100包含多個載軌101、耦接至載軌101的多個平板載具103、以及多個隔離平板105。
多個載軌101的尺寸可適於形成不同開口。在一些實施例中，多個載軌101的尺寸(如長度、寬度、與高度)可相同。然而在其他實施例中，多個載軌101的尺寸可不同。在一實施例中，多個載軌101的長度L101可介於約1mm至約500mm之間(比如約350mm)，寬度W101可介於約1mm至約250mm之間(比如約100mm)，而高度H101可介於約1mm至約250mm之間(比如約100mm)。然而可形成 任何合適長度、任何合適寬度、與任何合適高度的多個載軌101。在一實施例中，可在四個方向上建構載軌101成四邊形，且相連的載軌101之間具有角度θ。在一實施例中，角度θ可介於約0.1度至約180度，比如約90度。
平板載具103可耦接至多個載軌101，並可動態控制平板載具103的每一個別載具，使其沿著耦接至個別載具的載軌101的個別軌道移動。在一實施例中，平板載具103可包含線性馬達、直流電/交流電馬達、油/氣罐、電磁鐵、或類似物，以輔助平板載具103沿著載軌101移動。然而，可採用適於耦接至載軌101並沿著載軌101移動的任何平板載具103。
隔離平板105之每一平板越過多對協調的平板載具103之間，且由多對協調的平板載具103定位。平板載具103偶接至可變開口遮罩單元100的兩側上的載軌101。如圖1所示，可動態控制每一對協調的平板載具103，以沿著對應的一組載軌101移動個別的隔離平板105，如圖1所示的方向104。舉例來說，載軌101的每一載軌可具有兩組隔離平板105(比如兩對滑動的隔離材料)。然而可採用任何合適數目組的隔離平板105。
圖1亦顯示以個別組的平板載具103耦接第一組隔離平板105a至第一組載軌101a，並以個別組的平板載具103耦接第二組隔離平板105b至第二組載軌101b。第一組隔離平板105a可位於第二組隔離平板105b上，且第一組隔離平板105a的方向實質上垂直於第二組隔離平板105b的方向。如此一來，面對可變開口遮罩單元100的中心之隔離平板105的邊緣，可定義可變遮罩開口107。
此外，可動態控制每一對協調的平板載具103，以在載軌101的對應組的方向中移動隔離平板105的個別隔離平板，如圖1所示的方向104。藉由動態控制與定位多個隔離平板105的移動，可依需求調整可變遮罩開口107的尺 寸、位置、與形狀，以採用可變開口遮罩單元100施加一或多個離子佈植製程及/或一或多個退火製程至晶圓的多個晶粒。因此可變遮罩開口107的尺寸、位置、與形狀取決於隔離平板105的相對位置。舉例來說，可變遮罩開口107可為方形或矩形，且長度可介於約5微米至約100mm之間(如約3mm)，而寬度可介於約5微米至約100mm之間(如約3mm)。在特定實施例中，可控制可變遮罩開口107為方形開口，其退火面積介於約1cm2至約150cm2之間。如此一來，可變開口遮罩單元100可結合至在製作晶圓時，形成多個半導體晶粒中的半導體裝置所用的系統(比如摻質佈植系統、雷射退火系統、或類似系統)。如此一來，系統可動態控制可變開口遮罩單元100，以定義多個佈植製程的每一者所用的擴散區的每一者，及/或定義多個退火製程的每一者所用的退火製程區的每一者，且佈植製程與退火製程在製作晶圓時可用於形成多個半導體晶粒中的半導體裝置。在實施例中，可由電力驅動的滑動材料的位置(如越過多對協調的平板載具103之間且由多對協調的平板載具103定位的多個隔離平板105)選擇雷射範圍區(如可變遮罩開口107的尺寸、位置、與形狀)。多個隔離平板105的位置，取決於光學規則及/或回饋至工具及/或系統(含有可變遮罩開口107於其中)的控制單元之封閉迴路。
如圖2A所示，第一組隔離平板105a可與第二組隔離平板105b分開，且第一組隔離平板105a的位置比第二組隔離平板105b的位置高出第一高度H1。在一些實施例中，第一高度H1可設定為在移動隔離平板105時，避免相鄰平板的部份之間接觸摩擦而產生熱及釋放負離子。在一些實施例中，第一高度H1可介於約0.1mm至約100mm之間，比如約0.1mm至約10mm，例如約5mm。然而可採用任何合適高度。
在一些實施例中，隔離平板105可為方形、柱形、或圓柱形，且 其厚度T105或直徑可介於約0.1mm至約20cm之間，比如約50mm。隔離平板105可包含一系列的層狀物(如基板、吸收層、抗反射塗層、遮罩層、或類似物)，其包括一或多種材料(如石英、金屬、陶瓷、塑膠、石材、或石墨)。然而可採用任何合適的隔離材料以用於隔離平板105。
圖2B係一些實施例中，平板載具103以及平板載具103與載軌101之間的偶接配置的一些細節。在一些實施例中，平板載具103與切口203顯示平板載具103中的內部結構細節如圖2B所示。平板載具103包括多個雙凸緣輪組205，以承載於載軌101其兩側上的軌道207。雙凸緣輪組205以相反角度(如約45度)配置。雙凸緣輪組205的輪凸緣以及相反角度配置，可施加相反的力209使平板載具103維持耦接至載軌101。
圖3A係對腔室501中的半導體晶圓309進行雷射製程(如雷射退火製程)所用的雷射系統300。一實施例在之前進行佈植(如源極/汲極佈植、輕摻雜源極/汲極佈植、井佈植、或類似佈植)的半導體晶圓309上，進行雷射退火。在佈植時，p型或n型雜質可佈植至半導體晶圓309的每一晶粒的佈植區中。綜上所述，位於目標晶粒307的第一退火製程區A1中的佈植區各自接收雷射退火，因此活化位於第一退火製程區A1中的每一佈植區中佈植的雜質。
以雷射系統300對半導體晶圓309進行退火製程的細節如圖3A所示。雷射系統300可包含雷射源301、可變開口遮罩單元100、多個光學元件303、一或多個光學透鏡305、晶圓處理單元313、多個感測器509(如壓力感測器、溫度感測器、振動感測器、或類似物)、與控制單元311。在雷射製程時，控制單元311可依據多個感測器509的即時回饋，動態且聯合控制雷射源301、可變開口遮罩單元100、多個光學元件303、一或多個光學透鏡305、以及晶圓處理單元313。
在一實施例中，一旦佈植雜質至半導體晶圓309，退火製程可先放置半導體晶圓309至雷射系統300中。在晶圓處理單元313為半導體晶圓309放置或貼合的表面之實施例中，晶圓處理單元313可在退火製程時支撐並控制半導體晶圓309。此外，晶圓處理單元313可在控制單元311的指令下沿著一或多個軸移動，且可控制晶圓處理單元313以配置並對準半導體晶圓309的目標晶粒307至所需位置並進行退火製程。此外，晶圓處理單元313可依需求加熱或冷卻半導體晶圓309，以避免溫度梯度影響退火製程。
在實施例中，可由掃描雷射二極體條提供雷射源301，以用於短波長(如0.126微米或126nm)並垂直入射的雷射。在一些實施例中，可由掃描二氧化碳雷射提供雷射源301，以用於長波長(如10.6微米或10600nm)並以掠角入射的雷射。然而可採用任何合適的雷射退火技術及/或技術。
在一些實施例中，雷射源301可為任何合適型態的雷射(如準分子雷射、二氧化碳雷射、或類似物)且可設置以產生雷射束302，其波長介於約126nm至約10.6微米(如約308nm)之間，且源輸出能量密度介於約0.08J/cm2至約2J/cm2之間(如約1.4J/cm2)。然而可採用任何合適波長及/或合適源輸出能量密度。
在一些實施例中，一旦將半導體晶圓309置入雷射系統300中，在雷射退火製程之前，可由雷射系統300進行晶圓置中程序以校準半導體晶圓309的位置、確認半導體晶圓309的中心、確認半導體晶圓309的內部區域位置，確認半導體晶圓309的邊緣排除區、並確認半導體晶圓309的內部區域與排除區之間的界面。此外，雷射系統300一開始可進行雷射束302的功率調整，以確保半導體晶圓309的目標晶粒307所用的後續退火製程的同步性。
一旦校正與同步化雷射系統300，雷射系統300控制可變開口遮罩 單元100以調整可變遮罩開口107的尺寸、位置、與形狀，以隔離半導體晶圓309的目標晶粒307的第一退火製程區A1。為了對應配置隔離平板105，可變開口遮罩單元100調整可變可變遮罩開口107的尺寸、位置、與形狀，且調整方法為引導多對協調的平板載具103沿著載軌101移動至對應可變遮罩開口107所需的一或多個尺寸、位置、與形狀的獨特位置，且可變遮罩開口所需的一或多個尺寸、位置、與形狀關於第一退火製程區A1所需的圖案。
一旦適當地配置隔離平板105以隔離第一退火製程區A1，控制單元311可動態控制雷射源301以產生第一波長的雷射束302，其具有第一退火製程區A1所用的第一退火製程相關的合適能量密度。舉例來說，雷射源301可放射雷射束302，其第一波長介於約126nm至約10600nm之間(如約308nm)，用於在第一退火製程區A1中進行第一退火製程。然而可採用任何合適波長以用於第一退火製程。
可變開口遮罩單元100位於雷射源301與半導體晶圓309之間，以形成雷射束302中所需的圖案，並阻擋雷射束302的部份實際照射半導體晶圓309。在一些實施例中，可變開口遮罩單元100的隔離平板105包括一系列的層狀物，以在第一退火製程時反射、吸收、或以其他方式，阻擋雷射束302的部份到達第一退火製程區A1以外的目標晶粒307的那些部份。在一些實施例中，當雷射束照射在可變開口遮罩單元100上時，至少一部份的雷射束302穿過所需圖案化形式中的可變遮罩開口107，以達雷射系統300的光學元件303。隔離平板105的材料會擋住雷射束302未穿過可變遮罩開口107的部份，使這些部份的雷射束302不會穿過光學元件303。如此一來，雷射束302的被阻擋部份無法到達位於第一退火製程區A1之外的目標晶粒307的那些部份。
光學元件303可用於集中、擴散、反射、或以其他方式控制雷射束302的部份，其穿過可變遮罩開口107並朝向半導體晶圓309的目標晶粒307。在一實施例中，光學元件303包含一或多個透鏡、反射鏡、濾片、上述之組合、或類似物，以沿著雷射束302的路徑控制雷射束302。此外，雖然圖3A所示的光學元件303位於可變遮罩開口107與半導體晶圓309之間，光學元件303的元件(如獨立的透鏡、反射鏡、或類似物)亦可位於雷射源301(產生雷射束302處)與半導體晶圓309之間的任何位置。
在一些實施例中，雷射束302一旦穿過光學元件303，即可進一步穿過一或多個光學透鏡305。控制單元311可控制光學透鏡305，以聚焦雷射束302為所需的圖案化形式，其於目標晶粒307的第一退火製程區A1上具有所需的晶圓上能量密度。在第一退火製程時，控制單元311可動態且聯合控制一或多個雷射源301、可變開口遮罩單元100、光學元件303、光學透鏡305、與晶圓處理單元313，以投射所需圖案化形式的雷射束302至半導體晶圓309的目標晶粒307的第一退火製程區A1中的所需位置上。
為了活化所需位置中的半導體晶圓309的材料中佈植的雜質，控制單元311亦可控制雷射系統300以施加所需圖案化形式的雷射束302，其具有所需的晶圓上能量密度並維持所需的時間。如此一來，在第一退火製程中，所需位置中的半導體晶圓309的材料之晶圓上溫度可升高至所需的退火溫度並維持一段所需時間。舉例來說，可控制雷射系統300以施加圖案化形式的雷射束302至第一所需位置，使第一所需位置的晶圓上能量密度介於約0.08J/cm2至約2J/cm2之間，比如約1.4J/cm2。然而可採用任何合適的晶圓上能量密度進行第一退火製程。此外，可控制雷射系統300以提高第一所需位置中的半導體晶圓309的材料 之晶圓上溫度至退火溫度，其中退火溫度可介於約300℃至約1200℃之間(如約900℃)，且退火時間介於約100奈秒至約2毫秒之間(比如約180奈秒)。然而可採用任何合適的退火溫度與任何合適的退火時間進行第一退火製程。
一旦活化第一所需位置中的雜質，控制單元311可動態控制一或多個雷射源301、可變開口遮罩單元100、光學元件303、光學透鏡305、與晶圓處理單元313，以在第二所需位置進行第二退火製程。在一些實施例中，第二退火製程可與第一退火製程相同。在其他實施例中，第二退火製程與第一退火製程不同。此外，一些實施例的第二所需位置可在半導體晶圓309的目標晶粒307之第一退火製程區A1中。在其他實施例中，第二所需位置可在目標晶粒307的不同退火製程區中，或在半導體晶圓309的不同目標晶粒的不同退火製程區中。
圖3A所示的雷射單元300可在腔室501(如真空腔室、佈植腔室、退火腔室、沉積腔室、與類似腔室)之內操作，以在製程時控制雷射系統300的環境與半導體晶圓。在此處所述的一些實施例中，腔室501可用於進行一或多個離子佈植及/或退火製程。在一實施例中，腔室501額外包含質流單元503、真空泵浦系統505、一或多個感測器509、離子產生器511、與一或多個加熱元件513。
質流單元503可包含質流控制器502及/或質流計504，以在佈植與退火製程時控制氣體(如氮氣、氦氣、氬氣、清淨乾空氣、空氣、氧氣、二氧化碳、或一氧化二氮)的流速。在一些實施例中，釋入腔室501中的氣體可安全地用於可變開口遮罩單元100的表面。因此可變開口遮罩單元100可用於多種佈植與退火製程，而不需擔心操作時的可變開口遮罩單元100的表面上具有不想要的效果(如過度腐蝕及/或凹洞)。在一實施例中，控制單元311可動態控制質流單元503，以調整操作時的氣體流速。在一實施例中，在與第一退火製程區A1相關的 第一退火製程時，可控制氣體流速至約10sccm至約200slm之間，比如約50slm。
真空泵浦系統505可包含一或多個泵浦(如粗加工泵浦、渦輪分子泵浦、低溫泵浦、再生泵浦、或類似物)，以在不同的操作階段根據製作晶片的特定配方及/或開發半導體晶圓的材料組成與結構的一系列步驟時，產生合適壓力於腔室501中。真空泵浦系統505設置以自腔室501抽出氣體，且可包含節流閥507。控制單元311可動態控制節流閥507，以調整腔室501中的真空排氣壓力，並在自腔室501排出廢氣的操作之不同階段時隔離腔室501。
此外，節流閥507亦可即時回饋至控制單元311。如此一來，控制單元311可控制真空泵浦系統505以調整腔室501的真空排氣壓力，以依據晶圓製作配方維持固定的操作壓力。舉例來說，控制單元311可動態控制節流閥507以調整佈植時的真空泵浦系統505的壓力及/或退火製程，以隔離腔室501及/或維持腔室501的真空排氣壓力介於約-0.1Pa至約-900kPa之間或介於約-400kPa至約120kPa之間，比如約-1.2kPa。
離子產生器511可用於產生正離子以抵消腔室501的環境條件中的負離子(在製程時產生於可變開口遮罩單元100上)，並產生負離子以抵消腔室501的環境條件中的正離子(在製程時產生於可變開口遮罩單元100上)。在一實施例中，操作時的控制單元311可控制離子產生器511，以產生約0V至約20KV的正離子，及/或產生約0V至約-20KV的負離子。
可採用一或多個加熱元件513，以依據晶圓製作配方調節腔室501中的環境溫度以及半導體晶圓309的局部溫度，在一實施例中，控制單元311可控制一或多個加熱元件513，以在操作時將腔室501中的溫度調節到介於約-20℃至約500℃之間，比如約200℃。
此外，控制單元311在操作時可採用即時回饋，以動態控制一或多個雷射源301、可變開口遮罩單元100、光學元件303、光學透鏡305、晶圓處理單元313、質流單元503、節流閥507、真空泵浦系統505、離子產生器511、及/或一或多個加熱元件513。在一些實施例中，控制單元311可採用即時回饋以嚴格地調節腔室501的條件，以在製程時平衡施加至可變開口遮罩單元100與半導體晶圓309的力、離子價數、及/或溫度。
在一實施例中，感測器509可配置在腔室501中的所需位置，以即時回饋至控制單元311。舉例來說，振動感測器及/或壓力感測器可配置於可變開口遮罩單元100的隔離平板105、平板載具103、及/或載軌之一或多者之上或周圍。感測器509可即時回饋施加至可變開口遮罩單元100的振動及/或壓力至控制單元311，而振動及/或壓力來自於目前的氣體流速及/或目前腔室501中的真空排氣壓力。如此一來，控制單元311可控制質流單元503的質流控制器502以調整氣體流速，及/或控制真空泵浦系統505的節流閥507以調整真空排氣壓力。舉例來說，可調整氣體流速及/或真空排氣壓力以確保製程時維持可變遮罩開口107的尺寸、位置、與形狀，並確保雷射束302以所需的圖案化形式準確地施加至目標晶粒307的第一退火製程區A1上。
一或多個感測器509(如溫度感測器)可位於多個隔離平板105的一者之中或之上，以感測隔離平板105的溫度，並回饋一或多個滑動物件(如隔離平板105及/或平板載具103)的溫度至控制單元311。在一實施例中，感測器509可貼合至一或多個隔離平板105的背側，以在第一退火製程區A1相關的第一退火製程時感測隔離平板105的溫度。控制單元311採用感測器509回饋的數值，以控制滑動物件的溫度到約-20℃至約500℃之間，比如約250℃。
在操作雷射系統300時，控制單元311用於控制雷射系統300的操作參數。控制單元311可由硬體或軟體實施，且可硬編碼參數至控制單元311中，或經由輸入端將參數輸入控制單元311。控制單元311可用於儲存並控制雷射系統300的操作相關參數，比如所需的雷射束波長、雷射源能量密度(J/cm2)、平板載具的座標、開口與退火製程區參數(如尺寸、位置、與形狀)、晶圓上能量密度(J/cm2)、溫度、時間、彼此之間的關係、與類似參數。此外，控制單元311亦可用於控制晶圓處理單元313(特別是晶圓處理單元313的馬達速率)，進而控制半導體晶圓309相對於雷射束302的速率。
圖3B係一些實施例的半導體晶圓309的目標晶粒307，其包含多個退火製程區，比如第一退火製程區A1、第二退火製程區A2、與第三退火製程區A3。控制單元311可動態控制可變遮罩開口107的尺寸、位置、與形狀，以隔離每一目標晶粒307的第一退火製程區A1、第二退火製程區A2、與第三退火製程區A3的每一者，端視與每一退火製程區相關的對應退火製程配方而定。在一些實施例中，第一退火製程區A1的尺寸可介於約0.1cm2至約0.9cm2之間(比如約0.5cm2)，第二退火製程區A2的尺寸可介於約0.01cm2至約0.09cm2之間(比如約0.05cm2)，而第三退火製程區A3的尺寸可介於約0.001cm2至約0.009cm2之間(比如約0.005cm2)。然而可採用任何合適的尺寸。
在一些實施例中，控制單元311可動態控制雷射源301、光學元件303、光學透鏡305以掃描並移動雷射束302，使雷射束302照射退火製程區中的多個掃描點的目標晶粒307上，並動態控制目標晶粒307目前隔離的製程區(如第一退火製程區A1)所對應的退火製程相關的功率。此外，掃描的動態控制與雷射源功率的動態控制，可依據可動開口遮罩單元100及/或半導體晶圓309之中或之 上的感測器509的即時感測與即時回饋。
在一些實施例中，雷射源可投射多個雷射束302至半導體晶圓309的表面上的目標晶粒的第一退火製程區A1、第二退火製程區A2、與第三退火製程區A3之一或多者的一或多個部份上。在一些實施例中，雷射束302可掃描半導體晶圓309，且可投射至半導體晶圓309的表面上。
雷射束302可退火第一退火製程區A1、第二退火製程區A2、與第三退火製程區A3的一或多者之至少一部份一段時間。在一些實施例中，雷射退火時的雷射束302可自半導體晶圓309的一端移至半導體晶圓309的另一端，且雷射束302碰到的每一目標晶粒307的第一退火製程區A1、第二退火製程區A2、及/或第三退火製程區A3之每一部份進行退火製程。在一實施例中，在雷射束302移動至目標晶粒307的另一退火製程區(如第三退火製程區A3)與半導體晶圓309的另一晶粒之前，雷射退火中的雷射束302自目標晶粒307的第一退火製程區的一端(如第一退火製程區A1的左側)，移動至目標晶粒307的第一退火製程區的另一端(如第一退火製程區A1的右側)，並持續移動越過第一退火製程區，直到退火目標晶粒307的整個製程區(如第一退火製程區A1)。然而可採用任何合適的掃描製程。
在控制單元311的控制下，可重置並配置隔離平板105以隔離第二退火製程區(如目標晶粒307的第二退火製程區A2)。一旦配置隔離平板105以隔離第二退火製程區A2，控制單元311可動態控制雷射束302以產生雷射束302，並提供對應第二退火製程區A2的第二退火製程相關的合適功率。在一些實施例中，控制單元311可動態控制雷射源301、光學元件303、光學透鏡305、與雷射源301的功率，以對應第二退火製程區A2的退火製程掃描並移動雷射束302於第二退火 製程區A2中。在一些實施例中，控制單元311可依據感測器509的即時感測與即時回饋，動態控制第二退火製程區A2中的第二退火製程。
在控制單元311的控制下，可重置與配置隔離平板105以隔離第三退火製程區(如目標晶粒307的第三退火製程區A3)。一旦隔離平板105設置為隔離第三退火製程區A3，控制單元311可動態控制雷射源301以產生雷射束302，並提供對應第三退火製程區A3的第三退火製程相關的合適功率。在一些實施例中，控制單元311可動態控制雷射源301、光學元件303、光學透鏡305、與雷射源301的功率，以在退火製程中掃描並移動雷射束302於第三退火製程區A3中。在一些實施例中，控制單元311可動態控制第三退火製程區A3中的退火製程，端視感測器509即時感測與即時回饋而定。
在一實施例中，雷射系統300可設置為控制可變遮罩開口107，並在移動至下一個晶粒以在下一個晶粒上進行一系列的三個退火製程之前，進行第一退火製程區A1、第二退火製程區A2、與第三退火製程區A3所用的一系列的三個退火製程以用於目前的目標晶粒(如目標晶粒307)，進而動態控制雷射功率與可變遮罩開口107，以施加不同的功率密度至不同區域。在一些實施例中，系統亦可動態控制每一退火製程所用的雷射功率及/或晶圓上能量密度，以用於第一退火製程區A1、第二退火製程區A2、與第三退火製程區A3。在一些實施例中，控制單元311可控制每一退火製程的能量密度至對應第一退火製程區A1的第一能量密度、對應第二退火製程區A2的第二能量密度、與對應第三退火製程區A3的第三能量密度。舉例來說，第一能量密度可控制為1.2J/cm2以用於第一退火製程區A1中進行的第一退火製程，第二能量密度可控制為0.5J/cm2以用於第二退火製程區A2中進行的第二退火製程，而第三能量密度可控制為0.8J/cm2以用於第三 退火製程區A3中進行的第三退火製程。
在其他實施例中，雷射系統300可設置為在半導體晶圓309上進行一系列的第二退火製程之前，先進行半導體晶圓309的多個半導體晶粒的每一目標晶粒307上的第一退火製程區A1所用的一系列的第一退火製程。一旦進行一系列第一退火製程，可在半導體晶圓309上進行一系列第三退火製程之前，先設置雷射系統300以在半導體晶圓309的多個半導體晶粒之每一目標晶粒307上進行第二退火製程區A2所用的一系列第二退火製程。一旦進行一系列第二佈植製程，可設置雷射系統300以在半導體晶圓309的多個半導體晶粒之每一目標晶粒307上進行第三退火製程區A3所用的一系列第三退火製程。然而可採用任何合適數目的退火製程與任何順序進行退火製程。
可變開口遮罩單元100動態移動隔離平板105以控制退火區，並可控制退火製程區的尺寸、位置、與形狀以符合許多進階裝置擴散製程的需求。舉例來說，可變開口遮罩單元100在製程時可減少圖案負載效應，可一個晶粒接著一個晶粒地定義雷射退火區並在製作晶圓時調整雷射能量，並可消除及/或避免不想要的區域中的不必要退火。如此一來，可變開口遮罩單元100在退火製程時降低縫合效應。可變開口遮罩單元100能依據晶粒與晶圓的產能訂製退火製程、並讓「熱邊緣」只配置在「切割線」及/或晶圓無功能的區域(比如切割線、生產時損失的邊緣晶粒、或類似物)上。此外，可變開口遮罩單元100可節省遮罩，且仍提供特定區域以直接佈植離子。
圖4A係摻質佈植系統400，其採用可變開口遮罩單元100以佈植n型及p型摻質。摻質佈植系統400可包含離子源401、質量分析磁鐵403、線性加速器405、匯聚單元407、開口409、與含有可變開口遮罩單元100與晶圓處理單 元313的末端站點411。控制單元311可控制摻質佈植系統400，以動態控制摻質佈植製程並控制可變開口遮罩單元100的可變遮罩開口107的尺寸、位置、與形狀，且可依據可變開口遮罩單元100及/或晶圓處理單元413之中或之上的感測器之即時回饋，即時感測與控制擴散區的佈植製程。在此處所述的實施例中，在腔室501之內操作摻質佈植製程。
離子源401產生離子束402。然而離子源401產生的離子具有特定的荷質比範圍時，才適用於佈植。離子束402導向質量分析磁鐵403，以自具有不想要的荷質比之離子電磁性地分離出具有所需荷質比的離子以用於佈植。一旦得到合適荷質比的同調離子束，則將同調離子束404送至線性加速器405。
當同調離子束404穿過線性加速器405時，線性加速器405用於施加額外能量至同調離子束404。線性加速器405採用一系列的電極施加額外能量，而電極產生電磁場。當同調離子束404穿過電磁場時，電磁場可加速同調離子束404。線性加速器405可隨時間週期性地改變電磁場或調整電磁場的相，以累積不同原子序的離子與不同初始速度的離子。
在同調離子束404穿過線性加速器405之後，同調離子束穿過匯聚單元407，其用於調整同調離子束404的匯聚與散射(來自線性加速器405的同調離子束404為實質上平行束)。在一實施例中，匯聚單元407包含一或多個(如三個)多極鏡片，比如一致的多極鏡片與準直器多極鏡片。然而可採用任何數目與型態的透鏡。
在匯聚單元407與末端站點411之間可採用可變開口遮罩單元100。在一實施例中，可變開口遮罩單元100用於使同調離子束404的路徑彎曲並導向所需的最終位置，比如可將同調離子束404投射至目標晶粒307的第一佈植 區I1上。
一旦加速同調離子束404(由線性加速器405加速)並調整同調離子束404的散射(由匯聚單元407調整)，同調離子束404將導向末端站點411。末端站點411可容納晶圓處理單元313，其處理的半導體晶圓309佈植有來自同調離子束404的離子。晶圓處理單元313用於移動半導體晶圓309相對於同調離子束404的位置，讓同調離子束404可照射半導體晶圓309的多個晶粒之不同佈植區。舉例來說，晶圓處理單元313可包含馬達，其可用於控制半導體晶圓309在至少兩個方向(如x方向與y方向)中相對於同調離子束404的位置。
在操作摻質佈植系統400時，控制單元311用於控制摻質佈植系統400的操作參數。控制單元311可由硬體或軟體實施，且可硬編碼參數至控制單元311中，或經由輸入端將參數輸入控制單元311。控制單元311可用於儲存並控制摻質佈植系統400的操作相關參數，比如所需的離子束流、加速器電極的電流、與類似參數。此外，控制單元311亦可用於控制晶圓處理單元313(特別是控制晶圓處理單元313的馬達速率)，進而控制半導體晶圓309相對於同調離子束404的速率。
如圖4B所示的一實施例中，半導體晶圓309包含的目標晶粒307含有多個佈植區，比如第一佈植區I1、第二佈植區I2、與第三佈植區I3。第一佈植區I1包括可變遮罩開口107將隔離的目標晶粒307的單一區域。第二佈植區I2包括可變遮罩開口107將隔離的目標晶粒307的多個區域(如兩個區域)。第三佈植區I3包括可變遮罩開口107將隔離的目標晶粒307的多個區域(如十一個區域)。如此一來，控制單元311在操作時控制摻質佈植系統400的操作參數，可隔離每一區的一部份並進行一系列佈植於佈植區中，以進行佈植區中的完整佈植。在一些實 施例中，控制單元311在操作時可控制摻質佈植系統400的操作參數，以分開隔離並進行一系列第二摻質佈植於第二佈植區I2的多個佈植區中。在一些實施例中，控制單元311在操作時可控制摻質佈植系統400的操作參數，以分開隔離並進行一系列第三摻質佈植於第三佈植區I3的多個佈植區中。
在一些實施例中，控制單元311可控制摻質佈植系統400的操作參數，以在進行第二佈植製程之前，進行半導體晶圓309的每一目標晶粒307的第一佈植區I1相關的一系列第一佈植製程。一旦完成一系列第一佈植製程，控制單元311可控制摻質佈植系統400的操作參數，以在進行第三佈植之前，進行半導體晶圓309的每一目標晶粒307的第二佈植區I2相關的一系列第二佈植製程。一旦完成一系列第二佈植製程，控制單元311可控制摻質佈植系統400的操作參數，以進行半導體晶圓309的每一目標晶粒307的第三佈植區I3相關的第三佈植製程。然而可在半導體晶圓309上進行任何合適系列的第一佈植製程、第二佈植製程、與第三佈植製程。
如圖4A、4B、與5A所示，為了佈植第一摻質(如磷擴散)於第一佈植區I1中，將半導體晶圓309置於晶圓處理單元313上，控制可變開口遮罩單元100的可變遮罩開口107以隔離第一佈植區I1，並產生同調離子束404。
此外，用於第一佈植區I1的摻質佈植製程的能量等級，可讓第一摻質(如磷擴散)的佈植定義n型井擴散至目標晶粒307的基板(如p型矽基板)中。舉例來說，一實施例的第一佈植區I1所用的第一摻質佈植製程，其能量等級可介於約1KeV至約100KeV之間，比如約10KeV。然而可採用任何合適的佈植能量等級。
圖5B係在第二佈植區I2中，第二摻質的佈植。一旦在第一佈植區I1中進行第一摻質佈植製程，控制單元311可控制離子源401以產生離子束402， 控制質量分析磁鐵403以自離子束402產生同調離子束404，並控制可變開口遮罩單元100的可變遮罩開口107以隔離第二佈植區I2。
此外，用於第二佈植區I2的摻質佈植製程的能量等級，可讓第二摻質(如砷佈植)的佈植提供n+擴散至目標晶粒307的基板(如p型矽基板)中。舉例來說，一實施例的第二佈植區I2所用的第二摻質佈植製程，其能量等級可介於約100eV至約10KeV之間，比如約1KeV。然而可採用任何合適的佈植能量等級。
在一實施例中，半導體鰭狀物的一部份可形成於基板的第二佈植區I2(如鰭狀場效電晶體裝置的閘極區)中。在進行第二摻質佈植製程之後且在進行退火製程之前，半導體鰭狀物沿著鰭狀物的側壁可具有第二摻質(如砷佈植)的第一濃度，且第二摻質的第一濃度小於約5.5E19原子/cm3。在一實施例中，經掃描式電子顯微鏡工具量測得知，沿著鰭狀物側壁(如鰭狀場效電晶體裝置的閘極區中)的第二摻質如砷的第一濃度，可小於約1E19原子/cm3，比如約1E11原子/cm3。在進行退火製程之後，半導體鰭狀物沿著半導體鰭狀物的側壁可具有第二摻質(如砷佈植)的第二濃度。在一實施例中，沿著鰭狀物側壁(如鰭狀場效電晶體裝置的閘極區中)的第二摻質如砷的第二濃度，可小於約1E19原子/cm3，比如約1E12原子/cm3。
圖5C係第三佈植區I3中，第三摻質的佈植。一旦進行第二摻質佈植製程於第二佈植區I2中，控制單元311可控制離子源401以產生離子束402，控制質量分析磁鐵403以自離子束402產生同調離子束404，並控制可變開口遮罩單元100的可變遮罩開口107以自第三佈植區I3隔離半導體晶圓309的其餘部份(之前遮罩的第三佈植區I3只在目前佈植時露出)。如此一來，在佈植第三摻質於目標晶粒307的第三佈植區I3中時，可變開口遮罩單元100用於露出第三佈植區I3， 並自第三佈區I3隔離剩餘的半導體晶圓309(包括第一佈植區I1與第二佈植區I2)。如此一來，摻質尺寸會小於可變開口遮罩單元100，在佈植時可隔離半導體晶圓309的其他部份。
此外，用於第三佈植區I3的摻質佈植製程的能量等級，可讓第三摻質(如硼佈植)的佈植提供p+擴散至目標晶粒307的基板(如p型矽基板)中。舉例來說，一實施例的第三佈植區I3所用的第三摻質佈植製程，其能量等級可介於約1KeV至約100KeV之間，比如約10KeV。然而可採用任何合適的佈植能量等級。
在一實施例中，另一半導體鰭狀物的一部份可形成於基板的第三佈植區13(如鰭狀場效電晶體裝置的閘極區)中。在進行第三摻質佈植製程之後與進行退火製程前，另一半導體鰭狀物沿著鰭狀物的側壁可具有第三摻質(如硼佈植)的第一濃度，且第三摻質的第一濃度可小於約5.5E19原子/cm3。在一實施例中，經掃描式電子顯微鏡工具量測得知，沿著鰭狀物側壁(如鰭狀場效電晶體裝置的閘極區中)的第三摻質如硼的第一濃度，可小於約1E19原子/cm3，比如約1E13原子/cm3。在進行退火製程之後，其他半導體鰭狀物沿著其他半導體鰭狀物的側壁可具有第三摻質(如硼佈植)的第二濃度。在一實施例中，經掃描式電子顯微鏡工具量測得知，沿著鰭狀物側壁(如鰭狀場效電晶體裝置的閘極區中)的第三摻質如硼的第二濃度，可小於約1E19原子/cm3，比如約1E13原子/cm3。
圖5A至5E係一些實施例中，採用可變開口遮罩單元100形成半導體裝置517的多種步驟。如圖5A所示，第一離子束的同調離子束404一開始穿過可變遮罩開口107，並投射至目標晶粒307的第一佈植區I1中的半導體晶圓309上，以形成n型井於半導體晶圓309的目標晶粒307的p型基板中。一旦沉積並圖案化氧化矽層與多晶矽閘極層如圖5B所示，第二離子束的同調離子束404即穿過 可變遮罩開口107並投射至目標晶粒307的第二佈植區I2中的半導體晶圓上，以形成n+擴散區於p型基板中。如圖5C所示，在形成n+擴散區之後，第三離子束的同調離子束404穿過可變遮罩開口107，並投射至目標晶粒307的第三佈植區I3中的半導體晶圓309上，以形成p+擴散區於n型井及p型基板中。如圖5D與5E所示，一旦形成p+擴散區，可進行氧化物層與金屬化層的一或多道沉積與圖案化製程，以形成半導體裝置517的一或多個電晶體的源極/汲極區的接點。
具體而言，圖5D係一些實施例中，含有兩個電晶體的源極/汲極區的接點的半導體裝置517的剖視圖。半導體裝置517的剖視圖經註解，指出與n型井區、n+區、與p+區相關的第一佈植區I1、第二佈植區I2、與第三佈植區I3。此外，圖5E係形成於半導體晶圓309的目標晶粒307中的半導體裝置517的上視圖。半導體裝置517的上視圖亦經註解，指出與n型井區、n+區、與p+區相關的第一佈植區I1、第二佈植區I2、與第三佈植區I3。
圖5A至5E所示的實施例關於在第一佈植區I1、第二佈植區I2、與第三佈植區I3中進行摻質佈植(如離子佈植)的製程。這些佈植製程可包含但不限於定義n型井擴散區、n+擴散區、及/或p+擴散區，以形成半導體晶圓309的每一目標晶粒307中一或多個電晶體的源極與汲極區。舉例來說，在對半導體晶圓進行摻質的佈植製程時，可佈植p型或n型雜質以形成電晶體的源極/汲極區。
在一些實施例中，可在p型矽基板中進行磷擴散製程以達n型井擴散，可在p型矽基板中進行砷佈植以達n+擴散，並可在p型矽基板中進行硼佈植以達p+擴散。然而可採用任何其他合適的擴散製程及/或任何其他合適的佈植製程，動態控制可變開口遮罩單元100的可變遮罩開口107的尺寸、位置、與形狀以達n型井擴散、n+擴散、與p+擴散。
一旦形成擴散區，可採用圖3A的雷射系統進行雷射退火製程，以活化半導體晶圓309的每一目標晶粒307中的的電晶體的源極/汲極區中佈植的雜質。在雷射退火製程時，雷射系統可由雷射束302掃描半導體晶圓309的多個半導體晶粒。在控制單元311的控制下，可將雷射束302投射至半導體晶圓309的小部份(如目標晶粒307的第一退火製程區A1)上一段時間，並可步進雷射束直到雷射束302掃描所有的半導體晶圓309(比如半導體晶圓309的多個半導體晶粒的每一目標晶粒307的所有退火製程區的每一掃描點)。
可變開口遮罩單元100動態移動隔離平板105以控制退火區並定義離子佈植所用的尺寸，並可控制擴散區的尺寸、位置、與形狀以符合許多先進的裝置擴散製程需求。舉例來說，可變開口遮罩單元100在製程時可減少圖案負載效應，可一個晶粒接著一個晶粒地定義雷射退火區並在製作晶圓時調整雷射能量，並可消除及/或避免不想要的區域中的不必要退火。可變開口遮罩單元100在退火製程時降低縫合效應、依據晶粒與晶圓的產能訂製退火製程、並讓「熱邊緣」只配置在「切割線」及/或晶圓無功能的區域(比如切割線、生產時損失的邊緣晶粒、或類似物)上。此外，可變開口遮罩單元100可節省遮罩，且仍提供特定區域以直接佈植離子。
在一實施例中，半導體形成裝置包括多個軌道；多個載具配置於軌道的對應軌道上，且載具的每一者經控制以沿著軌道之一者移動至特定位置；多個隔離平板，耦接至載具，並具有定義於隔離平板的邊緣之間的開口；開口控制單元，以控制開口的所需尺寸；以及半導體晶圓支撐裝置。在一實施例中，載具包括直流電/交流電馬達。在一實施例中，隔離平板包括石英。在一實施例中，隔離平板包括石墨。在一實施例中，多個隔離平板的每一者越過協 調的一對載具之間並由協調的一對載具支撐，且協調的一對載具耦接至半導體形成裝置的兩側上的多個軌道之一對軌道。在一實施例中，第一組協調的一對載具支撐第一組隔離平板的位置，而第一組協調的一對載具耦接至裝置的兩側上的第一對軌道，且其中第二組協調的一對載具支撐第二組隔離平板的位置，而第二組協調的一對載具耦接至裝置的兩側上的第二對軌道，裝置兩側上的第二對軌道配置的方向垂直於裝置兩側上的第一對軌道。在一實施例中，第一組隔離平板與第二組隔離平板隔有第一距離，且第一距離大於0。
在另一實施例中，方法包括配置半導體基板的第一晶片區域至第一位置中；對準多個滑動板的邊緣以設定可調遮罩的第一開口尺寸；使第一離子束穿過第一開口；將第一離子束的第一雜質導入第一晶片區域中的第一區中的半導體基板中，對準滑動板的邊緣以設定可調遮罩的第二開口尺寸，且第二開口尺寸與第一開口尺寸不同；使第二離子束穿過第二開口；以及將第二離子束的第二雜質導入第一晶片區域中的第二區中的半導體基板中。在一實施例中，方法更包括：對準滑動板的邊緣以設定可調遮罩的第三開口尺寸；使第一雷射束穿過可調遮罩的第三開口，並投射第一雷射束至第一晶片區域中的第一區上以具有第一晶圓上能量密度；對準滑動板的邊緣以設定可調遮罩的第四開口尺寸，且第三開口尺寸與第四開口尺寸不同；以及使第二雷射束穿過可調遮罩的第四開口，並投射第二雷射束至第一晶片區域中的第二區上以具有第二晶圓上能量密度，且第二晶圓上能量密度與第一晶圓上能量密度不同。在一實施例中，第一晶片區域中的第二區的位置，與第一晶片區域中的第一區的位置不同。在一實施例中，第一晶圓上能量密度為1.2J/cm2，而第二晶圓上能量密度為0.5J/cm2。在一實施例中，將第一離子束的第一雜質導入第一晶片區域中的第一 區的步驟，包括進行第一離子的第一佈植至第一晶片區域的矽基板中，且將第二離子束的第二雜質導入第一晶片區域中的第二區中的步驟，包括進行第二離子的第二佈植至第一晶片區域的矽基板中。
在又一實施例中，方法包括移動可變區域遮罩單元的多個隔離平板之隔離平板至第一獨特位置，使可變區域遮罩單元的第一開口定義於隔離平板的邊緣之間；以及採用可變區域遮罩單元的第一開口露出半導體晶圓上的一系列目標晶粒中的第一佈植區以進行第一系列的第一摻質佈植製程，並採用可變區域遮罩單元的隔離平板遮罩一系列目標晶粒中的第一佈植區之外的半導體晶圓的區域。在一實施例中，方法更包括：移動可變區域遮罩單元的多個隔離平板之隔離平板至第二獨特位置，使可變區域遮罩單元的第二開口定義於隔離平板的邊緣之間；以及採用可變區域遮罩單元的第二開口露出半導體晶圓上的一系列目標晶粒中的第二佈植區以進行第二系列的第二摻質佈植製程，並採用可變區域遮罩單元的隔離平板遮罩一系列目標晶粒中的第二佈植區之外的半導體晶圓的區域。在一實施例中，方法更包括：移動可變區域遮罩單元的多個隔離平板之隔離平板至第三獨特位置，使可變區域遮罩單元的第三開口定義於隔離平板的邊緣之間；以及採用可變區域遮罩單元的第三開口露出半導體晶圓上的一系列目標晶粒中的第三佈植區以進行第三系列的第三摻質佈植製程，並採用可變區域遮罩單元的隔離平板作為遮罩以阻擋第三佈植區之外的半導體晶圓的區域。在一實施例中，方法更包括：使半導體晶圓進行第一系列的移動，以對準半導體晶圓的一系列目標晶粒的每一者至接收第一摻質佈植的位置，且第一摻質佈植採用第一開口以形成一系列的目標晶粒的每一者中的第一半導體裝置的n型井；使半導體晶圓進行第二系列的移動，以對準半導體晶圓的一系列目 標晶粒的每一者至接收第二摻質佈植的位置，且第二摻質佈植採用第二開口以形成一系列的目標晶粒的每一者中的第一半導體裝置的n+源極/汲極區；以及使半導體晶圓進行第三系列的移動，以對準半導體晶圓的一系列目標晶粒的每一者至接收第三摻質佈植的位置，且第三摻質佈植採用第三開口以形成一系列的目標晶粒的每一者中的第一半導體裝置的p+源極/汲極區。在一實施例中，方法更包括：移動可變區域遮罩單元的多個隔離平板的隔離平板至第四獨特位置，使可變區域遮罩單元的第四開口定義於隔離平板的邊緣之間；以及採用可變區域遮罩單元的第四開口進行一系列的第四摻質佈植，以形成一系列的目標晶粒的每一者中的第一半導體裝置的n+源極/汲極區，且一系列的目標晶粒的每一者配置並對準接收第二摻質佈植的位置。在一實施例中，方法更包括：移動可變區域遮罩單元的多個隔離平板的隔離平板至第五獨特位置，使可變區域遮罩單元的第五開口定義於隔離平板的邊緣之間；以及採用可變區域遮罩單元的第五開口進行一系列的第五摻質佈植，以形成一系列的目標晶粒的每一者中的第一半導體裝置的p+源極/汲極區，且一系列的目標晶粒的每一者配置並對準接收第三摻質佈植的位置。在一實施例中，進行第一摻質佈植製程的步驟包括進行磷擴散製程，其中進行第二摻質佈植製程的步驟包括進行砷佈植製程，且其中進行第三摻質佈植製程的步驟包括進行硼佈植製程。在一實施例中，方法更包括移動第二可變區域遮罩單元的多個第二隔離平板的第二隔離平板至第二獨特位置；使雷射穿過第二可變區域遮罩單元；以及以雷射退火半導體晶圓。
上述實施例之特徵有利於本技術領域中具有通常知識者理解本發明。本技術領域中具有通常知識者應理解可採用本發明作基礎，設計並變化其他製程與結構以完成上述實施例之相同目的及/或相同優點。本技術領域中具 有通常知識者亦應理解，這些等效置換並未脫離本發明精神與範疇，並可在未脫離本發明之精神與範疇的前提下進行改變、替換、或更動。
θ:角度
H101:高度
L101:長度
W101:寬度
100:可變開口遮罩單元
101,101a,101b:載軌
103:平板載具
104:方向
105,105a,105b:隔離平板
107:可變遮罩開口

Claims (10)

  1. 一種半導體形成裝置，包括：多個軌道；多個載具，配置於該些軌道的對應軌道上，且該些載具的每一者經控制以沿著該些軌道之一者移動至一特定位置；多個隔離平板，耦接至該些載具，並具有定義於該些隔離平板的邊緣之間的一開口；一開口控制單元，以控制該開口的所需尺寸；以及一半導體晶圓支撐裝置。
  2. 如請求項1之半導體形成裝置，其中該些隔離平板的每一者越過協調的一對載具之間並由協調的一對載具支撐，且協調的一對載具耦接至該半導體形成裝置的兩側上的該些軌道之一對軌道。
  3. 如請求項2之半導體形成裝置，其中第一組協調的一對載具支撐第一組該些隔離平板的位置，而第一組協調的一對載具耦接至該裝置的兩側上的第一對該些軌道，且其中第二組協調的一對載具支撐第二組該些隔離平板的位置，而第二組協調的一對載具耦接至該裝置的兩側上的第二對該些軌道，該裝置兩側上的第二對該些軌道配置的方向垂直於該裝置兩側上的第一對該些軌道。
  4. 如請求項3之半導體形成裝置，其中第一組該些隔離平板與第二組該些隔離平板隔有一第一距離，且該第一距離大於0。
  5. 一種半導體裝置的形成方法，包括：配置一半導體基板的一第一晶片區域至一第一位置中； 對準多個滑動板的邊緣以設定一可調遮罩的一第一開口的尺寸；使一第一離子束穿過該第一開口；將該第一離子束的一第一雜質導入該第一晶片區域中的一第一區中的該半導體基板中；對準該些滑動板的邊緣以設定該可調遮罩的一第二開口的尺寸，且該第二開口的尺寸與該第一開口的尺寸不同；使一第二離子束穿過該第二開口；以及將該第二離子束的一第二雜質導入該第一晶片區域中的一第二區中的該半導體基板中。
  6. 如請求項5之半導體裝置的形成方法，更包括：對準該些滑動板的邊緣以設定該可調遮罩的一第三開口的尺寸；使一第一雷射束穿過該可調遮罩的該第三開口，並投射該第一雷射束至該第一晶片區域中的該第一區上以具有一第一晶圓上能量密度；對準該些滑動板的邊緣以設定該可調遮罩的一第四開口的尺寸，且該第三開口尺寸與該第四開口尺寸不同；以及使一第二雷射束穿過該可調遮罩的該第四開口，並投射該第二雷射束至該第一晶片區域中的該第二區上以具有一第二晶圓上能量密度，且該第二晶圓上能量密度與該第一晶圓上能量密度不同。
  7. 如請求項6之半導體裝置的形成方法，其中該第一晶片區域中的該第二區的位置，與該第一晶片區域中的該第一區的位置不同。
  8. 如請求項7之半導體裝置的形成方法，其中將該第一離子束的該第一雜質導入該第一晶片區域中的該第一區的步驟，包括進行一第一離子的一 第一佈植至該第一晶片區域的一矽基板中，且將該第二離子束的該第二雜質導入該第一晶片區域中的該第二區中的步驟，包括進行一第二離子的一第二佈植至該第一晶片區域的該矽基板中。
  9. 一種半導體裝置的形成方法，包括：移動一可變區域遮罩單元的多個隔離平板之一隔離平板至一第一獨特位置，使該可變區域遮罩單元的一第一開口定義於該些隔離平板的邊緣之間；以及採用該可變區域遮罩單元的該第一開口露出一半導體晶圓上的一系列目標晶粒中的一第一佈植區以進行第一系列的第一摻質佈植製程，並採用該可變區域遮罩單元的該些隔離平板遮罩一系列目標晶粒中的該第一佈植區之外的該半導體晶圓的區域。
  10. 如請求項9之半導體裝置的形成方法，更包括：移動該可變區域遮罩單元的該些隔離平板之該隔離平板至一第二獨特位置，使該可變區域遮罩單元的一第二開口定義於該些隔離平板的邊緣之間；以及採用該可變區域遮罩單元的該第二開口露出該半導體晶圓上的一系列目標晶粒中的一第二佈植區以進行第二系列的第二摻質佈植製程，並採用該可變區域遮罩單元的該些隔離平板遮罩一系列目標晶粒中的該第二佈植區之外的該半導體晶圓的區域。
TW108131465A 2018-08-31 2019-09-02 半導體形成裝置與半導體裝置的形成方法 TWI768238B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862726034P 2018-08-31 2018-08-31
US62/726,034 2018-08-31
US16/551,328 US11469108B2 (en) 2018-08-31 2019-08-26 System, semiconductor device and method
US16/551,328 2019-08-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202025254A TW202025254A (zh) 2020-07-01
TWI768238B true TWI768238B (zh) 2022-06-21

Family

ID=69640185

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW108131465A TWI768238B (zh) 2018-08-31 2019-09-02 半導體形成裝置與半導體裝置的形成方法

Country Status (3)

Country Link
US (2) US11469108B2 (zh)
CN (1) CN110875178B (zh)
TW (1) TWI768238B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11469108B2 (en) * 2018-08-31 2022-10-11 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. System, semiconductor device and method
CN113369677B (zh) * 2021-05-31 2022-05-31 深圳赛意法微电子有限公司 晶圆切割方法及切割设备

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020066872A1 (en) * 2000-12-06 2002-06-06 Ulvac Inc. Ion implantation system and ion implantation method
US20170076905A1 (en) * 2014-06-13 2017-03-16 Intel Corporation Ebeam three beam aperture array

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5688700A (en) 1995-11-03 1997-11-18 Micron Technology, Inc. Method of forming a field effect transistor
JP3392859B2 (ja) 2000-12-26 2003-03-31 松下電器産業株式会社 露光用マスク、その製造方法、および露光方法
US8277814B2 (en) * 2008-04-28 2012-10-02 Intervet International B.V. Avian Astrovirus
KR101457460B1 (ko) 2010-02-23 2014-11-03 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이. 리소그래피 장치 및 디바이스 제조 방법
KR20150130557A (ko) 2013-03-15 2015-11-23 글렌 레인 패밀리 리미티드 리에빌러티 리미티드 파트너쉽 조정 가능한 질량 분해 애퍼쳐
US11469108B2 (en) * 2018-08-31 2022-10-11 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. System, semiconductor device and method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020066872A1 (en) * 2000-12-06 2002-06-06 Ulvac Inc. Ion implantation system and ion implantation method
US20170076905A1 (en) * 2014-06-13 2017-03-16 Intel Corporation Ebeam three beam aperture array

Also Published As

Publication number Publication date
CN110875178B (zh) 2022-05-24
US11469108B2 (en) 2022-10-11
TW202025254A (zh) 2020-07-01
US20220359204A1 (en) 2022-11-10
CN110875178A (zh) 2020-03-10
US20200075337A1 (en) 2020-03-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0025670B2 (en) Method and apparatus for conducting heat to or from an article being treated under vacuum
US8067302B2 (en) Defect-free junction formation using laser melt annealing of octadecaborane self-amorphizing implants
US20220359204A1 (en) System, Semiconductor Device and Method
US8999798B2 (en) Methods for forming NMOS EPI layers
US7939424B2 (en) Wafer bonding activated by ion implantation
CN108352298B (zh) 底部处理
US10020204B2 (en) Bottom processing
TWI567776B (zh) 處理基板的技術
JP5771187B2 (ja) 基板処理技術
KR20120006529A (ko) 기판 처리 방법
US4514636A (en) Ion treatment apparatus
US7728312B2 (en) Apparatus and method for partial ion implantation
US8329260B2 (en) Cooled cleaving implant
US20140363986A1 (en) Laser scanning for thermal processing
US20220406629A1 (en) Semiconductor processing tool and method of using an embedded chamber
JP2023032280A (ja) 半導体製造装置、半導体装置および半導体装置の製造方法
Nastasi et al. Ion implantation in CMOS Technology: machine challenges
JPH03283626A (ja) トランジスタの製造方法
CURRENT FOR SILICON VLSI MANUFACTURING
Anner et al. Ion Implantation
Current A View of the Commercial Application of Ion Implantation for Silicon VLSI Manufacturing