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(jìn)入工件例如半導(dǎo)體晶圓以改變工件材料性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。所需的摻質(zhì)為來自離子源的離子，經(jīng)加速至預(yù)定的能量以形成離子束，離子束則藉由導(dǎo)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(xué)以及機(jī)械與自動(dòng)控制等技術(shù)。當(dāng)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(fù)雜化。
[0003]傳統(tǒng)離子布植技術(shù)系力求在整個(gè)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(gè)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(jìn)行的蝕刻、化學(xué)機(jī)械研磨或薄膜沉積制程等等出現(xiàn)不均勻結(jié)果的機(jī)會(huì)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(duì)總體制程及/或最終產(chǎn)品的影響。舉例來說，隨著半導(dǎo)體集成電路尺寸縮小與立體化的趨勢(shì)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)過程與制程參數(shù)確認(rèn)過程中，越發(fā)需要對(duì)晶圓上不同晶粒(不同區(qū)域)進(jìn)行不同劑量的布植，藉以找出對(duì)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(gè)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(jī)構(gòu)沿掃描途徑11移動(dòng)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(dòng)速度達(dá)成。在此掃描途徑11系由多個(gè)橫向移動(dòng)途徑與多個(gè)縱向移動(dòng)途徑所組成，橫向移動(dòng)途徑與離子束12的短邊大致平行，而縱向移動(dòng)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(huì)掃描通過整個(gè)晶圓10，但是在掃描途徑11不同部分時(shí)，晶圓承載裝置移動(dòng)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(dòng)通過離子束12時(shí)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(dòng)通過離子束12時(shí)的速率越快，而晶圓10上不需要布值劑量的部分在被移動(dòng)通過離子束12時(shí)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(gè)晶圓10的掃描途徑11移動(dòng)，此時(shí)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(jiǎn)單地說，由于實(shí)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(shí)，難免離子束橫截面電流分布的外圍部分也會(huì)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(gè)布植區(qū)域14a?14e，以及四個(gè)額外布植區(qū)域13a?13d。由于晶圓以覆蓋整個(gè)晶圓10的掃描途徑11移動(dòng)，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(dòng)的條件下完成。當(dāng)晶圓以覆蓋整個(gè)晶圓10的掃描途徑11移動(dòng)時(shí)若也進(jìn)行預(yù)定角度的轉(zhuǎn)動(dòng)，像是在前后二個(gè)橫向移動(dòng)過程之間也將晶圓轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)預(yù)定角度的轉(zhuǎn)動(dòng)(或視為在每次縱向移動(dòng)的過程也將晶圓轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)預(yù)定角度的轉(zhuǎn)動(dòng))，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(dòng)結(jié)束后與下次橫向移動(dòng)之前便轉(zhuǎn)動(dòng)一次，在總共橫向移動(dòng)至少16次以掃描整個(gè)晶圓的過程也轉(zhuǎn)動(dòng)至少16次時(shí)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(dòng)速度調(diào)整布植劑量，同樣會(huì)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(dòng)通過離子束12共16次并依序轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)的晶圓移動(dòng)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(gè)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(duì)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(duì)必要。當(dāng)晶圓上多個(gè)位置需要不同的布植劑量時(shí)，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(dòng)晶圓承載機(jī)構(gòu)用以使晶圓沿掃描途徑移動(dòng)的馬達(dá)須要以低速運(yùn)轉(zhuǎn)，反之在晶圓上需要低劑量的位置馬達(dá)則須要以高速運(yùn)轉(zhuǎn)。顯然地，馬達(dá)可以運(yùn)轉(zhuǎn)的最高速率與最低速度之間的比率決定了多點(diǎn)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(dá)可控制速度比率為N倍，由于速度與劑量成反比，即馬達(dá)最高可滿足植入高低劑量比例亦為N倍。雖然提升馬達(dá)可運(yùn)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(duì)比劑量離子布植制程，以滿足先進(jìn)集成電路制程中對(duì)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(duì)離子束掃描晶圓的速度的限制，以達(dá)成在晶圓不同區(qū)域之間達(dá)到最大離子布植劑量差異比例。
[0010]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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(gè)布植區(qū)域與至少一個(gè)非布植區(qū)域。接者，以至少一個(gè)橫向移動(dòng)步驟使離子束掃描晶圓，其中這些橫向移動(dòng)步驟使離子束僅掃描通過所述布植區(qū)域而不會(huì)掃描通過所述非布植區(qū)域。
[0011]在本發(fā)明的其它實(shí)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(shí)施例，所述方法還包含至少一個(gè)縱向移動(dòng)步驟，任一所述縱向移動(dòng)步驟在一個(gè)橫向移動(dòng)步驟結(jié)束后與下一個(gè)橫向移動(dòng)步驟進(jìn)行前將晶圓縱向移動(dòng)。在此，這些縱向移動(dòng)步驟過程中晶圓往往不會(huì)被離子束所掃描通過。
[0013]在本發(fā)明的其它實(shí)施例，所述方法還包含在一個(gè)橫向移動(dòng)步驟結(jié)束后與下一個(gè)橫向移動(dòng)步驟進(jìn)行前轉(zhuǎn)動(dòng)晶圓。在此，每次轉(zhuǎn)動(dòng)晶圓時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度往往都是相同的。
[0014]在本發(fā)明的其它實(shí)施例，布植區(qū)域?yàn)闂l狀布植區(qū)域，或是布植區(qū)域?yàn)橥高^晶圓轉(zhuǎn)動(dòng)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?yàn)榫A轉(zhuǎn)動(dòng)八次以上所形成的環(huán)狀布植區(qū)域。
[0015]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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(cuò)的平面上移動(dòng)的晶圓承載機(jī)構(gòu)，以及用以控制離子束總成與晶圓承載機(jī)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(dāng)晶圓至少有布植區(qū)域與非布植區(qū)域時(shí)，以至少一個(gè)橫向移動(dòng)步驟使得離子束僅掃描通過所述布植區(qū)域而不會(huì)掃描通過所述非布植區(qū)域。
[0016]在本發(fā)明的其它實(shí)施例，所述方法還包含用以控制晶圓承載機(jī)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(shí)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(dá)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(shí)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(shí)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(gè)縱向移動(dòng)步驟。在此任一縱向移動(dòng)步驟用以在一個(gè)橫向移動(dòng)步驟結(jié)束之后與下一個(gè)橫向移動(dòng)步驟進(jìn)行之前，將晶圓縱向移動(dòng)。在此，控制單元往往使得這些縱向移動(dòng)步驟過程中晶圓不會(huì)被離子束所掃描通過。在此，控制單元往往在一個(gè)橫向移動(dòng)步驟結(jié)束之后與下一個(gè)橫向移動(dòng)步驟進(jìn)行之前轉(zhuǎn)動(dòng)晶圓。在此，控制晶圓往往使得每次轉(zhuǎn)動(dòng)晶圓時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)施例的二維離子布植掃描示意圖。
圖5為本發(fā)明一實(shí)施例