離子植入方法

2023-04-24 00:43:06 1

專利名稱：離子植入方法
技術領域：
本發明涉及一種離子植入方法，特別涉及一種可製作特殊劑量離子分布的離 子才直入方法。
背景技術：
近年來，如大型集成電路(Large-scale integration, LSI)及存儲器等半導 體裝置的製程相當複雜，半導體基板在尺寸上變大且極為昂貴，故更精確地控制摻 雜(doping)以符合大型半導體裝置體積與密度為一重要議題。也因此，離子植入方 法的實際應用變的更為重要。一般而言，離子植入方法將欲摻雜的分子離子化，並加速這些被離子化的摻 雜，以掃描的方式將一特定劑量的離子植入一基板的特定區域中。其中，離子植入 方法可更精確的控制摻雜，以提供更佳的均勻度。另，在製造半導體設備的製程中， 柵極(gate)關鍵尺寸(critical dimension, CD)的分布直接影響產品製造良率。然 而，要依據柵極CD在基板上的分布及其旁壁(sidewall)旁形成間隙壁(spacer)的 製程來控制電晶體參數的變化是非常困難的。當基板的尺寸大於300咖而半導體裝 置越來越小時，控制電晶體參數的變化將會是一個重大的問題。也就是說，柵極的 硬式掩模(hard mask)與柵極圖案的蝕刻製程會依據基板的位置而不具固定的尺 寸。因此，柵極的尺寸變的不一致，以產生依據不同柵極長度而變化的電晶體參數。故，在多種半導體製程中的離子植入程序，常需要經由基板平面中任意讓劑 量分布不均以及任意變更的特性，以校正於前置製程中所導致的臨界電壓 (thresold voltage)分布不均的問題。已知一種改變離子束植入時掃描速度的方法，提供一離子濃度均勻分布的離 子束，藉由改變掃描速度及旋轉靶材以完成植入預定圖案的非均勻劑量分布的離 子。但此種做法，為提供離子濃度均勻分布的離子束，需要花費相當時間去調校離 子束的均勻度(uniformity)以利後續植入作業，此外，除了調校時間的浪費，調校 技術的不易亦是另一難題。 發明內容鑑於上述問題，本發明目的之一是提供一種離子植入方法，利用製造特殊的N 型或P型摻雜劑量分布以補償晶圓在前置作業製程中如微影、蝕刻所造成元件幾何尺寸不均勻而導致晶圓內元件臨界電壓(threshold voltage)分布不均。本發明目的之一是提供一種離子植入方法，不需同時以變動速率掃描加上轉動靶材即可達到特殊劑量離子分布的效果。本發明目的之一是提供一種離子植入方法，因為不需要提供均勻離子束，可有效減少離子束濃度分布的調校時間，不僅如此，亦可減少製程所需時間，進而提高產能。本發明目的之一是提供一種調整離子束掃描速率的方法，利用離子束分布濃 度與靶材所需離子濃度分布的關係計算出離子束掃描速率，可使離子植入效果良 好。為了達到上述目的，本發明一實施例的一離子植入方法，用於將離子植入一 靶材，離子植入方法，包括提供一離子束，其中離子束中含有多個離子；轉動靶 材；以及將離子束中的離子依據一等速率掃描植入靶材。本發明又一實施例的一離子植入方法，用於將離子植入一靶材，離子植入方 法，包括提供一離子束，其中離子束中含有多個離子；以及將離子束中的離子依 據一掃描速率植入靶材，其中掃描速率為一變動值。本發明又一實施例的一種調整離子束掃描速率的方法，用於將一離子束中的 多個離子植入一靶材，其中離子束可為濃度非均勻分布的離子束，調整離子束掃描 速率的方法取得離子束的濃度分布；取得靶材所需植入離子的濃度分布；以及計 算離子束的一掃描速率曲線，其中掃描速率曲線針對離子束的濃度分布與靶材所需 植入離子的濃度分布經由運算而得。以下藉由具體實施例配合附圖詳加說明，當更容易了解本發明的目的、技術 內容、特點及其所達成的功效。


圖1所示為根據本發明的離子植入方法第一實施例的離子濃度分布圖。 圖2所示為根據本發明的離子植入方法第一實施例的靶材、轉動軸與垂直軸 的側^L示意圖。
圖3A與圖3B所示為衝艮據本發明的離子植入方法第二實施例的靶材、轉動軸 與垂直軸的示意圖。圖4所示為圓帽型預定靶材所需植入離子劑量分布。圖5所示為根據本發明的離子植入方法第三實施例的掃描速率曲線分布圖。 圖6所示為根據本發明的離子植入方法第四實施例的變速率掃描的速率曲線 示意圖。圖7所示為根據本發明的離子植入方法第五實施例的變速率掃描的速率曲線 示意圖。圖8A、圖8B、圖8C及圖8D所示為根據本發明的離子植入方法一實施例的靶材傾斜角度示意圖。圖8E所示為已知離子植入圖案偏移示意圖。圖9所示為根據本發明調整離子束掃描速率的方法一實施例的步驟流程圖。圖10所示為根據本發明離子植入方法第六實施例的步驟流程圖。圖IIA所示為已知離子束依據線性等速掃描所形成的劑量分布圖。圖IIB所示為已知非等速掃描所形成的劑量分布圖。圖11C所示為本發明第一實施例的離子植入方法所產生的劑量分布圖。圖IID所示為本發明三實施例的離子植入方法所產生的劑量分布圖。圖IIE所示為本發明第五實施例的離子植入方法所產生的劑量分布圖。主要元件符號說明 10 20 30BOl， B02, B03, B04 VOl， V02 A， B C DSavg S10 S20靶材轉動軸垂直軸濃度曲線速率曲線方向單一掃描 角度平均速率取得離子束濃度分布 取得把材所需植入離子的濃度分布
S30 計算離子束的一掃描速率曲線S40 判斷上述掃描速率曲線S50 調整步驟S60 提供一離子束S70 將離子束的離子依上述掃描速率曲線植入靶材具體實施方式
本發明在靶材上植入特殊劑量分布，而這個特殊劑量分布可以是各種形狀， 當然也可以是平坦狀， 一個均勻的劑量分布其圖形即是平坦狀。本發明使用的方法 依據離子束分布決定掃描速率曲線，並於適當情況下轉動靶材以達到所需效果。另， 可依據製程需要調整靶材與垂直軸的傾斜角度以完全控制元件中的劑量分布。其詳 細說明如下，所述的較佳實施例僅做一說明，非用以限定本發明。首先，本發明的一實施例的一離子植入方法，用於將離子植入一靶材，此離 子植入方法，包括提供一離子束，其中離子束中含有多個離子。接下來，轉動靶 材。最後，將離子束中的離子依據一等速率掃描植入靶材。於下述第一實施例與第 二實施例中，即是利用等速率掃描靶材並配合轉動靶材以達成所需圖案，其詳細說 明如下。請先參考圖1,圖1所示為根據本發明離子植入方法第一實施例的的離子 濃度分布圖。 一般而言，單片式離子植入的離子束濃度分布如圖1的濃度曲線BOl 所示，此為一均勻的離子束，我們能輕易改變離子束濃度分布，並依實際需求提供 所需的離子束濃度分布(如濃度曲線B02所示)，而在植入的過程中，掃描速率是等 速的，並轉動靶材以達到所需的劑量分布，而這個轉動可以是連續性或是任意角度 的組合，例如O度與180度或0度、90度、180度或270度。再者，若為連續性轉 動靶材，其轉動速率可以是等速率或是變速率，依實際情況而定；而非連續性轉動 時，各角度所植入的劑量可以是相同或不同，依所需的劑量分布圖而定。接續上述說明，於又一實施例中，請搭配參考圖l及圖2,圖2是靶材、轉動 軸與垂直軸的示意圖。於此實施例中，靶材、轉動軸與垂直軸的位置關係如圖2 所示，把材10的轉動軸(twist) 20垂直於耙材10，在不傾斜靶材10時，轉動軸 20亦垂直於垂直軸30。當離子束以方向A對靶材10進行掃描時，若提供的離子束 濃度分布為不對稱時，如圖1的濃度曲線B03，則，只要將靶材IO作與原角度相 差180度轉動，如雙箭頭方向B,其離子束濃度分布如圖1的濃度曲線B04,即能
製造出對稱的劑量分布。接著，於第二實施例中，依舊使用等速率掃描搭配轉動靶材的方法，其與第一實施例不同之處在於，在二維的掃描系統中，藉由改變靶材的掃描路徑密度來控制離子植入的劑量。請參考圖3A及圖3B,圖3A及圖3B所示為不同實施例的二維 掃描路徑的示意圖，箭頭指示方向代表掃描方向，如圖所示，掃描路徑密度越高則 代表植入的離子劑量就越高，但可以理解的是，其掃描路徑並不限於圖式中所繪示， 任何依據靶材所需植入離子濃度分布所改變的掃描路徑，皆函括於本發明的範疇 內。於上述實施例中，依據靶材所需植入劑量分布改變離子束分布或改變掃描路 徑密度，並於掃描過程中轉動靶材以達到最佳效果，其轉動可以是連續或不連續， 而掃描方式可以是一維或二維。另，等速率掃描動作可讓機械控制更容易以降低控 制設備的負荷。此外，亦可使用變動速率掃描的方式來進行離子植入作業，以下即以不同實 施方法逐一i兌明。於第三實施例中，依據靶材所需植入劑量分布計算出離子束濃度分布與掃描 速率曲線。以所需劑量分布為一圓帽型為例，如圖4所示，在掃描的過程中，由於 進入靶材時與離開靶材時所需劑量較少，則其掃描速率較快；把材中心所需離子劑 量較多時，則其掃描速率較慢，如此即可製造出在掃描方向的特殊劑量分布，其掃 描速率分布圖如圖5的速率曲線VOl所示。於一實施例中，離子束分布與變速率掃 描方向垂直，故於垂直掃描方向的劑量分布也可呈現所需結果。接續上述說明，於又一實施例中，這個方法所提供的離子束分布可以不是單 一，例如先以一均勻的離子束做變速率掃描後，再變化離子束濃度分布，以等速率 掃描，其結果會等同於改變離子束濃度加上變速率掃描的結果，因此，離子束濃度 分布與速率掃描曲線不限制於單一組合，可以是兩組或以上的組合。另，掃描速率曲線亦可是不對稱，如圖5的速率曲線V02，不對稱的掃描速率只需在植入的過程 中，加上將靶材轉動與原角度相差180度角，亦可達成與對稱速率曲線相同的結果。 接著，請參考圖6,圖6所示為第四實施例的變速率掃描的速率曲線示意圖。 於第四實施例中，依據靶材所需植入劑量分布改變靶材每一掃描路徑的密度分布與 依據離子束濃度分布改變每一單一掃描C的變速率。以圖4所示的預定離子劑量分 布為例，當靶材開始進入離子束時數度較快，之後放慢速率，過了靶材中心線之後 速率又漸漸加快，如此所產生的不均勻性與改變路徑密度的效果加成，即可達到接
近如圖4所示的劑量分布。接下來，請參考圖7所示，圖7所示為本發明第五實施例的變速率掃描的速 率曲線示意圖。於第五實施例中，每一單一掃描C為變速率運動，且每一單一掃描 C的平均速率也依據所需劑量分布而做改變，如圖式中的Savg。以圖4所示的離子 分布劑量為例，於此方法中，如圖7所示，每一單一掃描C速率依舊維持在"快慢 快"的行為，且每一次單一掃描的平均速率隨著劑量分布做調整，當高劑量時，則 降低平均速率；反之增加。於第三實施例、第四實施例與第五實施例中，因不需轉 動靶材，故可減少離子植入所花費的時間以改善生產效能。於又一實施例中，更包括調整靶材的垂直軸角度以控制元件中的劑量分布。 於上述實施例中，若離子植入的角度不為零(指離子植入的方向不與轉動軸方向平 行)，並且使用一不均勻濃度分布的離子束時，其與垂直軸的角度(即傾斜角，tilt angle)需配合不同的靶材轉動角度(twist angle)作正向或是負向的調整。其詳細 說明如下，請搭配參考圖8A、圖8B、圖8C及圖8D，其中圖8A為靶材10四個角 度的轉動正視示意圖；圖8B為一預定植入圖案側視示意圖；圖8C及圖8D分別為 靶材10轉動0度與180度時不同傾斜角度的側視圖。假設靶材10上欲植入圖案如 圖8B所示，當進行離子植入， 一開始轉動角度為0度時我們調整靶材10的垂直軸 30角度D為+e度進行植入，如圖8C所示。其中，圖式中靶材IO預定圖案內"點" 的密度表示離子植入的劑量。接著，當轉動角度變化，傾斜角也跟著不同，如圖 8D所示，當轉動角度為180度時，此時角度D調整為-6度以保持對每個欲植入圖 案的植入方向相同，如此，才不會造成如圖8E所示的植入圖案偏移的情況發生。 此調整方法適用於上述所有需轉動靶材的實施例，因靶材上的元件為立體結構，利 用不同轉動角度而調整傾斜角度可控制元件中的劑量分布以提高元件的良率。圖9所示為根據本發明調整離子束掃描速率的方法一實施例的步驟流程圖。 此調整離子束掃描速率的方法用於將一離子束中的多個離子植入一靶材(target), 於一實施例中，靶材可以是晶圓(wafer);而離子束可以是濃度非均勻分布的離子 束(non-uniform ion beam)。其中調整離子植入濃度分布方法，如圖所示，首先， 讀取離子束濃度分布(ion beam profi le) (S10);接著，讀取乾材所需植入離子的 濃度分布(S20);再來，計算離子束的 一掃描速率曲線(scan velocity profile) (S30)。於一實施例中，掃描速率曲線的計算針對所讀出的離子束的濃度 分布與靶材所需植入離子數量的濃度分布經由運算而得。此時，離子束即可依照計 算出的掃描速率曲線對靶材進行離子植入動作。 接續上述說明，於一實施例中，計算出掃描速率後，更包括判斷所計算出的掃描速率曲線是否可用，其判斷此掃描速率曲線是否落入一有效區間值內(S40)。 倘若所計算出的掃描速率曲線超出有效區間值，則更包括一調整步驟(S50),用以 調整離子束的濃度分布。於一實施例中，調整步驟微調離子束濃度分布，其後，重 復步驟SIO、 S20及S30，重新計算離子束掃描速率後以進行離子植入作業。下列即將此調整離子束掃描速率的方法應用於一離子植入方法上做一說明。 圖10所示為根據本發明離子植入方法第六實施例的步驟流程圖。如圖所示， 首先，提供一離子束(S60)，其中離子束中含有多個離子，於一實施例中，離子束 可以是一濃度非均勻分布的離子束，意即，離子束的濃度可以是只經過粗略調整， 距離目標值的誤差值約略在正、負百分之三十左右的離子束即可，然，可以理解的， 依據不同的機器控制，誤差值亦會有所不同，其並不限於百分之三十；接著，進行 一調整離子束掃描速率步驟，此步驟包括取得離子束的濃度分布(S10);取得靶 材所需植入離子的濃度分布(S20);以及，計算離子束的一掃描束率曲線(S30);最 後，將離子束中的離子依掃描速率曲線植入靶材(S70)。於一實施例中，掃描速率 曲線的計算針對所讀出的離子束的濃度分布與靶材所需植入離子數量的濃度分布 經由運算而得。接續上述說明，在離子植入耙材前，更包括判斷計算出的掃描速率曲線是否 落入一有效區間值內(S40)。於一實施例中，倘若掃描速率曲線超出有效區間，則 更包括一調整步驟，用以調整離子束的濃度分布(S50)。於一實施例中，調整步驟 微調離子束濃度分布，其後，重複步驟SIO、 S20及S30,重新計算出離子束掃描 速率後以進行離子植入作業。於此實施例中，當離子植入時，需旋轉靼材以達到離 子劑量濃度分布不均勻的需求及達到符合不同預定劑量分布的效果。於此實施例中，由於一開始所提供的離子束不需要是離子濃度分布非常均勻 的離子束，故在離子植入裝置產生離子束時，可有效縮短離子束製作時間。 一般來 說，為產生離子濃度均勻分布的離子束時，其距離均勻度目標值的誤差值需保持在 正、負百分之五內，故對濃度分布調校的時間上而言，相對於一般不需要均勻分布 的離子束所花費的時間是要來的長的多，操作技術上也較難控制。惟，此處此實施 例中只需提供距離均勻度目標值的誤差值在正、負百分之三十內的離子束，皆可利 用本發明的調整離子束掃描速率的方法，對靶材進行具有預定圖案的非均勻劑量分 布的離子植入。接續上述說明，以下即針對已知技術與本發明的離子植入方法的作一比較。
請先參考圖4、圖IIA(已知技術)、圖IIB(已知技術)、圖IIC、圖IID及圖 11E,圖4為一實施例的預定耙材所需植入離子劑量分布；圖IIA、圖IIB、圖11C、 圖IID及圖11E為依據不同離子植入方法所呈現的劑量分布圖。其中，圖1U所示 為已知離子束依據線性等速掃描所形成的劑量分布圖；而圖11B所示為已知一種均 勻離子束依據靶材所需植入離子劑量分布而產生不同掃描速度的方法所形成的劑 量分布圖；最後，圖IIC、圖IID及圖IIE利用本發明的離子植入方法所產生的劑 量分布圖。由比較圖1U(已知技術)、圖IIB(已知技術)、圖IIC、圖IID及圖11E 可知，依照本發明的離子植入方法所產生的結果(圖IIC、圖11D及圖11E),皆更 貼近如圖4所示的預定靶材所需植入離子劑量的分布。依據上述，本發明的特徵之一是提供一特定的不均勻劑量分布，可與由前置 作業中產生的幾何尺寸不均勻作一互補效果以達成靶材內電子特性均勻分布的目 的，且離子植入劑量的分布不限於任何幾何圖形的分布，例如可以是多邊形。另， 可以理解的是，上述方法可以於任何通用電腦系統或其他裝置上完成；此外，亦可 應用於具有特殊硬體設備的電腦系統。更甚者，此種離子植入方法亦可被實作為多 個程式並被儲存於任何電子裝置可讀取的儲存媒體中，藉由電子裝置載入、執行程 式完成上述離子植入方法，其中電子裝置可以是電腦，且程式不限於任何表現方式 與任何程式語言。綜合上述，本發明提供一種離子植入方法，利用製造特殊的N型或P型參雜 劑量分布以補償晶圓在前置作業製程中如微影、蝕刻所造成元件幾何尺寸不均勻而 導致晶圓內元件臨界電壓分布不均。且，本發明的離子植入方法不需同時以變速度 掃描加上轉動靶材即可達到特殊劑量離子分布的效果。又，因為不需要提供均勻離 子束，可有效減少離子束濃度分布的調校時間，不僅如此，亦可減少製程所需時間， 進而提高產能。此外，利用離子束濃度分布與靶材所需離子濃度分布的關係計算出 離子束掃描速率，可使離子植入效果良好。以上所述的實施例僅為說明本發明的技術思想及特點，其目的在使熟習此項 技藝的人士能夠了解本發明的內容並據以實施，當不能以的限定本發明的專利範 圍，即大凡依本發明所揭示的精神所作的均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明的專 利範圍內。
權利要求
1. 一種離子植入方法，用於將離子植入一靶材，該離子植入方法，包含下面步驟提供一離子束，其中該離子束中含有多個離子；改變該離子束的離子濃度分布；轉動該靶材；以及將該離子束中的該些離子依據一等速率掃描植入該靶材。
2. 如權利要求1所述的離子植入方法，其特徵在於，依據該靶材所需植入離 子的濃度分布，改變該離子束的離子濃度分布。
3. 如權利要求1所述的離子植入方法，其特徵在於，更包含調整該靶材的一 垂直軸的角度。
4. 一種離子植入方法，用於將離子植入一靶材，該離子植入方法，包含下面步驟提供一離子束，其中該離子束中含有多個離子； 轉動該靼材；改變該靶材掃描路徑的密度；以及將該離子束中的該些離子依據一等速率掃描植入該靶材。
5. 如權利要求4所述的離子植入方法，其特徵在於，依據該靶材所需植入離 子的濃度分布，改變該靶材掃描路徑的密度。
6. 如權利要求5所述的離子植入方法，其特徵在於，當該靶材上所需離子濃 度越高則對該靶材掃描的路徑密度越高。
7. 如權利要求4所述的離子植入方法，其特徵在於，更包含調整該耙材的一 垂直軸的角度。
8. —種離子植入方法，用於將離子植入一靶材，該離子植入方法，包含下面步驟提供一離子束，其中該離子束中含有多個離子；以及 將該離子束中的該些離子依據一掃描速率植入該靶材，其中該掃描速率為一 變動值。
9. 如權利要求8所述的離子植入方法，其特徵在於，該掃描速率依據該靶材 所需植入離子的濃度分布不同而做調變。
10. 如權利要求8所述的離子植入方法，其特徵在於，當進行一維掃描時，更 包含依據該靶材所需植入離子的濃度分布，改變該離子束的離子濃度分布。
11. 如權利要求10所述的離子植入方法，其特徵在於，該離子束的分布與該 耙材的掃描方向垂直。
12. 如權利要求8所述的離子植入方法，其特徵在於，當進行二維掃描時，其 中該掃描速率指單一掃描的掃描速率。
13. 如權利要求12所述的離子植入方法，其特徵在於，更包含依據該耙材所 需植入離子的濃度分布，改變該靶材掃描路徑的密度。
14. 如權利要求12所述的離子植入方法，其特徵在於，更包含依據該靶材所 需植入離子的濃度分布，改變每一單一掃描的該掃描速率的一平均速率。
15. 如權利要求8所述的離子植入方法，其特徵在於，更包含計算該離子束的 一掃描速率曲線及轉動該靶材，其中該掃描速率曲線針對該離子束的濃度分布與該 靶材所需植入離子的濃度分布經由運算而得。
16. 如權利要求8所述的離子植入方法，其特徵在於，更包含調整該把材的一 垂直軸的角度。
17. —種調整離子束掃描速率的方法，用於將一離子束中的多個離子植入一乾材，其中該離子束濃度非均勾分布的離子束，該調整離子束掃描速率的方法，包含: 取得該離子束的濃度分布； 取得該靶材所需植入離子的濃度分布；以及計算該離子束的一掃描速率曲線，其中該掃描速率曲線針對該離子束的濃度 分布與該靶材所需植入離子的濃度分布經由運算而得。
18. 如權利要求17所述的調整離子束掃描速率的方法，其特徵在於，計算出 掃描速率後，更包含判斷該掃描速率曲線是否落入一有效區間值內。
19. 如權利要求18所述的調整離子束掃描速率的方法，其特徵在於，若該掃 描速率曲線範圍超出該有效區間，則更包含一調整步驟，調整該離子束的濃度分布。
20. 如權利要求19所述的調整離子束掃描速率的方法，其特徵在於，進行該 調整步驟後，重新計算該掃描速率曲線。
21,如權利要求20所述的調整離子束掃描速率的方法，其特徵在於，該靶材 包含晶圓。
全文摘要
一種離子植入方法，用於將離子植入一靶材，此離子植入方法，利用轉動靶材並配合一等速率掃描將多個離子植入靶材；或，亦可在不轉動靶材的前提下使用變動速率將多個離子植入靶材。不需提供濃度均勻分布的離子束即可製造出特殊劑量分布的離子植入結果，可減少製程時間且提高製程良率。
文檔編號H01J37/317GK101399147SQ200710162318
公開日2009年4月1日 申請日期2007年9月27日 優先權日2007年9月27日
發明者林偉政, 沈政輝 申請人:漢辰科技股份有限公司