提升晶圓離子植入劑量比例的離子布植方法與系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及離子布植方法與系統(tǒng)，特別是提升晶圓離子植入劑量比例的離子布植方法與系統(tǒng)。
【【背景技術(shù)】】
[0002]離子布植是引入摻質(zhì)進入工件例如半導體晶圓以改變工件材料性質(zhì)的標準技術(shù)。所需的摻質(zhì)為來自離子源的離子，經(jīng)加速至預定的能量以形成離子束，離子束則藉由導引至晶圓表面上的布植區(qū)域。離子布植的制程牽涉物理、化學以及機械與自動控制等技術(shù)。當集成電路晶圓的積集度不斷提高、組件尺寸持續(xù)縮小以及組件結(jié)構(gòu)朝向立體化方向發(fā)展，離子布植的制程也越趨復雜化。
[0003]傳統(tǒng)離子布植技術(shù)系力求在整個晶圓表面引入均勻劑量的摻質(zhì)，但近年來逐漸有在同一個晶圓的表面不同部分引入不同劑量的摻質(zhì)的需求。舉例來說，隨著晶圓尺寸的增加，在離子布植前后所進行的蝕刻、化學機械研磨或薄膜沉積制程等等出現(xiàn)不均勻結(jié)果的機會隨之增加，而不均勻的離子布值往往可以改善或甚至抵銷掉這些不均勻結(jié)果對總體制程及/或最終產(chǎn)品的影響。舉例來說，隨著半導體集成電路尺寸縮小與立體化的趨勢，在產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)過程與制程參數(shù)確認過程中，越發(fā)需要對晶圓上不同晶粒(不同區(qū)域)進行不同劑量的布植，藉以找出對總體制程及/或最終產(chǎn)品最好的離子布植參數(shù)值。
[0004]圖1顯示傳統(tǒng)的二維離子布植掃描技術(shù)，是一種如何在同一個晶圓不同部分引入不同劑量的摻質(zhì)的常見作法。如圖1所示，以僅在單一晶圓的某些部分引入劑量不為零的摻質(zhì)的狀況為例，原本空白的晶圓10由晶圓承載機構(gòu)沿掃描途徑11移動通過離子束12以形成具有橫向條狀布植區(qū)域的晶圓10a。晶圓1a的不同橫向條狀布植區(qū)域的布植劑量控制則可透過改變晶圓移動速度達成。在此掃描途徑11系由多個橫向移動途徑與多個縱向移動途徑所組成，橫向移動途徑與離子束12的短邊大致平行，而縱向移動途徑與離子束12的長邊大致平行。由于掃描途徑11是均勻分布的，離子束12會掃描通過整個晶圓10，但是在掃描途徑11不同部分時，晶圓承載裝置移動晶圓10的速率可以各不相同，晶圓10需要布值劑量越高的部分在被移動通過離子束12時的速率越慢，反之晶圓10需要布值劑量越低的部分在被移動通過離子束12時的速率越快，而晶圓10上不需要布值劑量的部分在被移動通過離子束12時的速率將最快。
[0005]圖2顯示以傳統(tǒng)離子布植掃描所形成的劑量條紋示意圖。由于晶圓系以覆蓋整個晶圓10的掃描途徑11移動，此時僅能控制布植區(qū)域的布植劑量，而無法排除鄰近布植區(qū)域之間的劑量干擾。簡單地說，由于實際的離子束都是調(diào)整到其橫截面電流分布為高斯分布或是中間均勻二邊逐漸低的分布，在使用離子束掃瞄晶圓上某布值區(qū)域時，難免離子束橫截面電流分布的外圍部分也會掃瞄到相鄰的布植區(qū)域。如圖2所示，晶圓1b上一共有五個布植區(qū)域14a?14e，以及四個額外布植區(qū)域13a?13d。由于晶圓以覆蓋整個晶圓10的掃描途徑11移動，晶圓1b上的布植區(qū)域14a與14b之間出現(xiàn)額外布植區(qū)域13a，布植區(qū)域14b與14c之間同樣出現(xiàn)額外布植區(qū)域13b，額外布植區(qū)域13c與13d則分別位于布植區(qū)域14c與14d以及布植區(qū)域14d與14e之間。
[0006]圖1與圖2所示的離子布植掃描與布植區(qū)域系在晶圓不轉(zhuǎn)動的條件下完成。當晶圓以覆蓋整個晶圓10的掃描途徑11移動時若也進行預定角度的轉(zhuǎn)動，像是在前后二個橫向移動過程之間也將晶圓轉(zhuǎn)動一個預定角度的轉(zhuǎn)動(或視為在每次縱向移動的過程也將晶圓轉(zhuǎn)動一個預定角度的轉(zhuǎn)動)，也可形成條紋形狀以外其它形狀的布植區(qū)域。圖3顯示晶圓以圖1所示的掃描途徑11，在每次橫向移動結(jié)束后與下次橫向移動之前便轉(zhuǎn)動一次，在總共橫向移動至少16次以掃描整個晶圓的過程也轉(zhuǎn)動至少16次時所形成的二圓形環(huán)狀布植區(qū)域。與條紋形狀布植區(qū)域相同，由于僅能藉由改變晶圓移動速度調(diào)整布植劑量，同樣會布植額外劑量在環(huán)狀布植區(qū)域鄰近位置。在此，晶圓以圖1所示的掃描途徑11移動通過離子束12共16次并依序轉(zhuǎn)動16次(每次22.5度)，由于掃描通過不同橫向條狀布植區(qū)域時的晶圓移動速率并不相等，在晶圓上將形成分別為高劑量與低劑量區(qū)域的二個環(huán)狀布植區(qū)域102b與102c，以及位于其間的額外低劑量布植區(qū)域102a。
[0007]對于組件尺寸極微小且精密的集成電路制程而言，在正確的位置上布植正確的劑量屬絕對必要。當晶圓上多個位置需要不同的布植劑量時，不同位置之間可能的布植劑量差異比例將受限于離子布植系統(tǒng)硬件極限。在晶圓上需要高布植劑量的位置，驅(qū)動晶圓承載機構(gòu)用以使晶圓沿掃描途徑移動的馬達須要以低速運轉(zhuǎn)，反之在晶圓上需要低劑量的位置馬達則須要以高速運轉(zhuǎn)。顯然地，馬達可以運轉(zhuǎn)的最高速率與最低速度之間的比率決定了多點位置之間不同劑量差異比例的需求是否可以被滿足。若馬達可控制速度比率為N倍，由于速度與劑量成反比，即馬達最高可滿足植入高低劑量比例亦為N倍。雖然提升馬達可運轉(zhuǎn)速度可以增加高低劑量比，但是成本與技術(shù)困難度也隨之大幅提升。
[0008]因此，亟需提出一種高對比劑量離子布植制程，以滿足先進集成電路制程中對離子布植制程的要求。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0009]本發(fā)明系在相同硬件條件下突破硬件對離子束掃描晶圓的速度的限制，以達成在晶圓不同區(qū)域之間達到最大離子布植劑量差異比例。
[0010]本發(fā)明的一個實施例為一種提升晶圓離子植入劑量比例的離子布植方法。首先，提供晶圓與離子束，晶圓有至少一個布植區(qū)域與至少一個非布植區(qū)域。接者，以至少一個橫向移動步驟使離子束掃描晶圓，其中這些橫向移動步驟使離子束僅掃描通過所述布植區(qū)域而不會掃描通過所述非布植區(qū)域。
[0011]在本發(fā)明的其它實施例，離子束橫截面的高度小于晶圓直徑。
[0012]在本發(fā)明的其它實施例，所述方法還包含至少一個縱向移動步驟，任一所述縱向移動步驟在一個橫向移動步驟結(jié)束后與下一個橫向移動步驟進行前將晶圓縱向移動。在此，這些縱向移動步驟過程中晶圓往往不會被離子束所掃描通過。
[0013]在本發(fā)明的其它實施例，所述方法還包含在一個橫向移動步驟結(jié)束后與下一個橫向移動步驟進行前轉(zhuǎn)動晶圓。在此，每次轉(zhuǎn)動晶圓時的轉(zhuǎn)動角度往往都是相同的。
[0014]在本發(fā)明的其它實施例，布植區(qū)域為條狀布植區(qū)域，或是布植區(qū)域為透過晶圓轉(zhuǎn)動四次每次90度所形成的十字條紋布植區(qū)域、窗格狀布植區(qū)域、正方形或長方形布植區(qū)域，或是布植區(qū)域為晶圓轉(zhuǎn)動八次以上所形成的環(huán)狀布植區(qū)域。
[0015]本發(fā)明的一個實施例為一種離子布植系統(tǒng)(設(shè)備)，包含用以提供離子束的離子束總成，用以將晶圓于與離子束交錯的平面上移動的晶圓承載機構(gòu)，以及用以控制離子束總成與晶圓承載機構(gòu)執(zhí)行離子布植方法的控制單元。在此，離子布植方法至少是當晶圓至少有布植區(qū)域與非布植區(qū)域時，以至少一個橫向移動步驟使得離子束僅掃描通過所述布植區(qū)域而不會掃描通過所述非布植區(qū)域。
[0016]在本發(fā)明的其它實施例，所述方法還包含用以控制晶圓承載機構(gòu)的可程序多軸控制器。在此，可以透過輸入?yún)?shù)值至可程序多軸控制器來執(zhí)行離子布植制程。
[0017]在本發(fā)明的其它實施例，所述方法還包含用以獲得到離子束信息的傳感器，以及用以執(zhí)行掃描途徑分布，包含馬達速度分布與省略掃描分布，以找出符合晶圓劑量分布需求參數(shù)值的劑量仿真器。
[0018]在本發(fā)明的其它實施例，離子束總成所提供的離子束橫截面高度小于晶圓的直徑。
[0019]在本發(fā)明的其它實施例，控制單元所控制執(zhí)行的離子布植方法還包括至少一個縱向移動步驟。在此任一縱向移動步驟用以在一個橫向移動步驟結(jié)束之后與下一個橫向移動步驟進行之前，將晶圓縱向移動。在此，控制單元往往使得這些縱向移動步驟過程中晶圓不會被離子束所掃描通過。在此，控制單元往往在一個橫向移動步驟結(jié)束之后與下一個橫向移動步驟進行之前轉(zhuǎn)動晶圓。在此，控制晶圓往往使得每次轉(zhuǎn)動晶圓時的轉(zhuǎn)動角度都是相同的。
【【附圖說明】】
圖1為傳統(tǒng)的二維離子布植掃描技術(shù)的示意圖。
圖2為圖1所示的離子布植掃描所形成的劑量條紋示意圖。
圖3為圖1所示離子布植掃描所形成的二圓形環(huán)狀布植區(qū)域示意圖。
圖4為本發(fā)明一實施例的二維離子布植掃描示意圖。
圖5為本發(fā)明一實施例