离子植入方法

摘要

一种离子植入方法，用于将离子植入一靶材，此离子植入方法，利用转动靶材并配合一等速率扫描将多个离子植入靶材；或，亦可在不转动靶材的前提下使用变动速率将多个离子植入靶材。不需提供浓度均匀分布的离子束即可制造出特殊剂量分布的离子植入结果，可减少制程时间且提高制程良率。

权利要求

1.一种离子植入方法，用于将离子植入一靶材，该离子植入方法，包含下面步骤：提供一离子束，其中该离子束中含有多个离子；以及

将该离子束中的该些离子依据一扫描速率对该靶材进行二维扫描，其中该扫描速率是指一单一扫描的扫描速率且该扫描速率为一变动值；及依据该靶材所需植入离子的浓度分布，控制每一该单一扫描的一扫描速率曲线，且每一单一扫描的一平均速率随着剂量分布做调整。

2.如权利要求1所述的离子植入方法，其特征在于，更包含计算该离子束的该扫描速率曲线及转动该靶材，其中该扫描速率曲线针对该离子束的浓度分布与该靶材所需植入离子的浓度分布经由运算而得。

3.如权利要求1所述的离子植入方法，其特征在于，更包含调整该靶材的一垂直轴的角度。

说明书

离子植入方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种离子植入方法，特别涉及一种可制作特殊剂量离子分布的离子植入方法。

背景技术

[0002] 近年来，如大型集成电路(Large-scale integration，LSI)及存储器等半导体装置的制程相当复杂，半导体基板在尺寸上变大且极为昂贵，故更精确地控制掺杂(doping)以符合大型半导体装置体积与密度为一重要议题。也因此，离子植入方法的实际应用变的更为重要。

[0003] 一般而言，离子植入方法将欲掺杂的分子离子化，并加速这些被离子化的掺杂，以扫描的方式将一特定剂量的离子植入一基板的特定区域中。其中，离子植入方法可更精确的控制掺杂，以提供更佳的均匀度。另，在制造半导体设备的制程中，栅极(gate)关键尺寸(critical dimension，CD)的分布直接影响产品制造良率。然而，要依据栅极CD在基板上的分布及其旁壁(sidewall)旁形成间隙壁(spacer)的制程来控制晶体管参数的变化是非常困难的。当基板的尺寸大于300mm而半导体装置越来越小时，控制晶体管参数的变化将会是一个重大的问题。也就是说，栅极的硬式掩模(hard mask)与栅极图案的蚀刻制程会依据基板的位置而不具固定的尺寸。因此，栅极的尺寸变的不一致，以产生依据不同栅极长度而变化的晶体管参数。

[0004] 故，在多种半导体制程中的离子植入程序，常需要经由基板平面中任意让剂量分布不均以及任意变更的特性，以校正于前置制程中所导致的临界电压(thresold voltage)分布不均的问题。

[0005] 已知一种改变离子束植入时扫描速度的方法，提供一离子浓度均匀分布的离子束，藉由改变扫描速度及旋转靶材以完成植入预定图案的非均匀剂量分布的离子。但此种做法，为提供离子浓度均匀分布的离子束，需要花费相当时间去调校离子束的均匀度(uniformity)以利后续植入作业，此外，除了调校时间的浪费，调校技术的不易亦是另一难题。

发明内容

[0006] 鉴于上述问题，本发明目的之一是提供一种离子植入方法，利用制造特殊的N型或P型掺杂剂量分布以补偿晶圆在前置作业制程中如微影、蚀刻所造成元件几何尺寸不均匀而导致晶圆内元件临界电压(threshold voltage)分布不均。

[0007] 本发明目的之一是提供一种离子植入方法，不需同时以变动速率扫描加上转动靶材即可达到特殊剂量离子分布的效果。

[0008] 本发明目的之一是提供一种离子植入方法，因为不需要提供均匀离子束，可有效减少离子束浓度分布的调校时间，不仅如此，亦可减少制程所需时间，进而提高产能。

[0009] 本发明目的之一是提供一种调整离子束扫描速率的方法，利用离子束分布浓度与靶材所需离子浓度分布的关系计算出离子束扫描速率，可使离子植入效果良好。

[0010] 为了达到上述目的，本发明一实施例的一离子植入方法，用于将离子植入一靶材，离子植入方法，包括：提供一离子束，其中离子束中含有多个离子；转动靶材；以及将离子束中的离子依据一等速率扫描植入靶材。

[0011] 本发明又一实施例的一离子植入方法，用于将离子植入一靶材，离子植入方法，包括：提供一离子束，其中离子束中含有多个离子；以及将离子束中的离子依据一扫描速率植入靶材，其中扫描速率为一变动值。

[0012] 本发明又一实施例的一种调整离子束扫描速率的方法，用于将一离子束中的多个离子植入一靶材，其中离子束可为浓度非均匀分布的离子束，调整离子束扫描速率的方法：取得离子束的浓度分布；取得靶材所需植入离子的浓度分布；以及计算离子束的一扫描速率曲线，其中扫描速率曲线针对离子束的浓度分布与靶材所需植入离子的浓度分布经由运算而得。

[0013] 以下藉由具体实施例配合附图详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

附图说明

[0014] 图1所示为根据本发明的离子植入方法第一实施例的离子浓度分布图。

[0015] 图2所示为根据本发明的离子植入方法第一实施例的靶材、转动轴与垂直轴的侧视示意图。

[0016] 图3A与图3B所示为根据本发明的离子植入方法第二实施例的靶材、转动轴与垂直轴的示意图。

[0017] 图4所示为圆帽型预定靶材所需植入离子剂量分布。

[0018] 图5所示为根据本发明的离子植入方法第三实施例的扫描速率曲线分布图。

[0019] 图6所示为根据本发明的离子植入方法第四实施例的变速率扫描的速率曲线示意图。

[0020] 图7所示为根据本发明的离子植入方法第五实施例的变速率扫描的速率曲线示意图。

[0021] 图8A、图8B、图8C及图8D所示为根据本发明的离子植入方法一实施例的靶材倾斜角度示意图。

[0022] 图8E所示为已知离子植入图案偏移示意图。

[0023] 图9所示为根据本发明调整离子束扫描速率的方法一实施例的步骤流程图。

[0024] 图10所示为根据本发明离子植入方法第六实施例的步骤流程图。

[0025] 图11A所示为已知离子束依据线性等速扫描所形成的剂量分布图。

[0026] 图11B所示为已知非等速扫描所形成的剂量分布图。

[0027] 图11C所示为本发明第一实施例的离子植入方法所产生的剂量分布图。

[0028] 图11D所示为本发明三实施例的离子植入方法所产生的剂量分布图。

[0029] 图11E所示为本发明第五实施例的离子植入方法所产生的剂量分布图。

[0030] 主要元件符号说明：

[0031] 10 靶材

[0032] 20 转动轴

[0033] 30 垂直轴

[0034] B01，B02，B0 3，B04 浓度曲线

[0035] V01，V02 速率曲线

[0036] A，B 方向

[0037] C 单一扫描

[0038] D 角度

[0039] Savg 平均速率

[0040] S10 取得离子束浓度分布

[0041] S20 取得靶材所需植入离子的浓度分布

[0042] S30 计算离子束的一扫描速率曲线

[0043] S40 判断上述扫描速率曲线

[0044] S50 调整步骤

[0045] S60 提供一离子束

[0046] S70 将离子束的离子依上述扫描速率曲线植入[0047] 靶材

具体实施方式

[0048] 本发明在靶材上植入特殊剂量分布，而这个特殊剂量分布可以是各种形状，当然也可以是平坦状，一个均匀的剂量分布其图形即是平坦状。本发明使用的方法依据离子束分布决定扫描速率曲线，并于适当情况下转动靶材以达到所需效果。另，可依据制程需要调整靶材与垂直轴的倾斜角度以完全控制元件中的剂量分布。其详细说明如下，所述的较佳实施例仅做一说明，非用以限定本发明。

[0049] 首先，本发明的一实施例的一离子植入方法，用于将离子植入一靶材，此离子植入方法，包括：提供一离子束，其中离子束中含有多个离子。接下来，转动靶材。最后，将离子束中的离子依据一等速率扫描植入靶材。于下述第一实施例与第二实施例中，即是利用等速率扫描靶材并配合转动靶材以达成所需图案，其详细说明如下。请先参考图1，图1所示为根据本发明离子植入方法第一实施例的的离子浓度分布图。一般而言，单片式离子植入的离子束浓度分布如图1的浓度曲线B01所示，此为一均匀的离子束，我们能轻易改变离子束浓度分布，并依实际需求提供所需的离子束浓度分布(如浓度曲线B02所示)，而在植入的过程中，扫描速率是等速的，并转动靶材以达到所需的剂量分布，而这个转动可以是连续性或是任意角度的组合，例如0度与180度或0度、90度、180度或270度。再者，若为连续性转动靶材，其转动速率可以是等速率或是变速率，依实际情况而定；而非连续性转动时，各角度所植入的剂量可以是相同或不同，依所需的剂量分布图而定。

[0050] 接续上述说明，于又一实施例中，请搭配参考图1及图2，图2是靶材、转动轴与垂直轴的示意图。于此实施例中，靶材、转动轴与垂直轴的位置关系如图2所示，靶材10的转动轴(twist)20垂直于靶材10，在不倾斜靶材10时，转动轴20亦垂直于垂直轴30。当离子束以方向A对靶材10进行扫描时，若提供的离子束浓度分布为不对称时，如图1的浓度曲线B03，则，只要将靶材10作与原角度相差180度转动，如双箭头方向B，其离子束浓度分布如图1的浓度曲线B04，即能制造出对称的剂量分布。

[0051] 接着，于第二实施例中，依旧使用等速率扫描搭配转动靶材的方法，其与第一实施例不同之处在于，在二维的扫描系统中，藉由改变靶材的扫描路径密度来控制离子植入的剂量。请参考图3A及图3B，图3A及图3B所示为不同实施例的二维扫描路径的示意图，箭头指示方向代表扫描方向，如图所示，扫描路径密度越高则代表植入的离子剂量就越高，但可以理解的是，其扫描路径并不限于图式中所绘示，任何依据靶材所需植入离子浓度分布所改变的扫描路径，皆函括于本发明的范畴内。

[0052] 于上述实施例中，依据靶材所需植入剂量分布改变离子束分布或改变扫描路径密度，并于扫描过程中转动靶材以达到最佳效果，其转动可以是连续或不连续，而扫描方式可以是一维或二维。另，等速率扫描动作可让机械控制更容易以降低控制设备的负荷。

[0053] 此外，亦可使用变动速率扫描的方式来进行离子植入作业，以下即以不同实施方法逐一说明。

[0054] 于第三实施例中，依据靶材所需植入剂量分布计算出离子束浓度分布与扫描速率曲线。以所需剂量分布为一圆帽型为例，如图4所示，在扫描的过程中，由于进入靶材时与离开靶材时所需剂量较少，则其扫描速率较快；靶材中心所需离子剂量较多时，则其扫描速率较慢，如此即可制造出在扫描方向的特殊剂量分布，其扫描速率分布图如图5的速率曲线V01所示。于一实施例中，离子束分布与变速率扫描方向垂直，故于垂直扫描方向的剂量分布也可呈现所需结果。

[0055] 接续上述说明，于又一实施例中，这个方法所提供的离子束分布可以不是单一，例如先以一均匀的离子束做变速率扫描后，再变化离子束浓度分布，以等速率扫描，其结果会等同于改变离子束浓度加上变速率扫描的结果，因此，离子束浓度分布与速率扫描曲线不限制于单一组合，可以是两组或以上的组合。另，扫描速率曲线亦可是不对称，如图5的速率曲线V02，不对称的扫描速率只需在植入的过程中，加上将靶材转动与原角度相差180度角，亦可达成与对称速率曲线相同的结果。

[0056] 接着，请参考图6，图6所示为第四实施例的变速率扫描的速率曲线示意图。于第四实施例中，依据靶材所需植入剂量分布改变靶材每一扫描路径的密度分布与依据离子束浓度分布改变每一单一扫描C的变速率。以图4所示的预定离子剂量分布为例，当靶材开始进入离子束时数度较快，之后放慢速率，过了靶材中心线之后速率又渐渐加快，如此所产生的不均匀性与改变路径密度的效果加成，即可达到接近如图4所示的剂量分布。

[0057] 接下来，请参考图7所示，图7所示为本发明第五实施例的变速率扫描的速率曲线示意图。于第五实施例中，每一单一扫描C为变速率运动，且每一单一扫描C的平均速率也依据所需剂量分布而做改变，如图式中的Savg。以图4所示的离子分布剂量为例，于此方法中，如图7所示，每一单一扫描C速率依旧维持在”快慢快”的行为，且每一次单一扫描的平均速率随着剂量分布做调整，当高剂量时，则降低平均速率；反之增加。于第三实施例、第四实施例与第五实施例中，因不需转动靶材，故可减少离子植入所花费的时间以改善生产效能。

[0058] 于又一实施例中，更包括调整靶材的垂直轴角度以控制元件中的剂量分布。于上述实施例中，若离子植入的角度不为零(指离子植入的方向不与转动轴方向平行)，并且使用一不均匀浓度分布的离子束时，其与垂直轴的角度(即倾斜角，tiltangle)需配合不同的靶材转动角度(twist angle)作正向或是负向的调整。其详细说明如下，请搭配参考图8A、图8B、图8C及图8D，其中图8A为靶材10四个角度的转动正视示意图；图8B为一预定植入图案侧视示意图；图8C及图8D分别为靶材10转动0度与180度时不同倾斜角度的侧视图。假设靶材10上欲植入图案如图8B所示，当进行离子植入，一开始转动角度为0度时我们调整靶材10的垂直轴30角度D为+θ度进行植入，如图8C所示。其中，图式中靶材
10预定图案内”点”的密度表示离子植入的剂量。接着，当转动角度变化，倾斜角也跟着不同，如图8D所示，当转动角度为180度时，此时角度D调整为-θ度以保持对每个欲植入图案的植入方向相同，如此，才不会造成如图8E所示的植入图案偏移的情况发生。此调整方法适用于上述所有需转动靶材的实施例，因靶材上的元件为立体结构，利用不同转动角度而调整倾斜角度可控制元件中的剂量分布以提高元件的良率。

[0059] 图9所示为根据本发明调整离子束扫描速率的方法一实施例的步骤流程图。此调整离子束扫描速率的方法用于将一离子束中的多个离子植入一靶材(target)，于一实施例中，靶材可以是晶圆(wafer)；而离子束可以是浓度非均匀分布的离子束(non-uniform ion beam)。其中调整离子植入浓度分布方法，如图所示，首先，读取离子束浓度分布(ion beam profile)(S10)；接着，读取靶材所需植入离子的浓度分布(S20)；再来，计算离子束的一扫描速率曲线(scan velocityprofile)(S30)。于一实施例中，扫描速率曲线的计算针对所读出的离子束的浓度分布与靶材所需植入离子数量的浓度分布经由运算而得。此时，离子束即可依照计算出的扫描速率曲线对靶材进行离子植入动作。

[0060] 接续上述说明，于一实施例中，计算出扫描速率后，更包括判断所计算出的扫描速率曲线是否可用，其判断此扫描速率曲线是否落入一有效区间值内(S40)。倘若所计算出的扫描速率曲线超出有效区间值，则更包括一调整步骤(S50)，用以调整离子束的浓度分布。于一实施例中，调整步骤微调离子束浓度分布，其后，重复步骤S10、S20及S30，重新计算离子束扫描速率后以进行离子植入作业。

[0061] 下列即将此调整离子束扫描速率的方法应用于一离子植入方法上做一说明。

[0062] 图10所示为根据本发明离子植入方法第六实施例的步骤流程图。如图所示，首先，提供一离子束(S60)，其中离子束中含有多个离子，于一实施例中，离子束可以是一浓度非均匀分布的离子束，意即，离子束的浓度可以是只经过粗略调整，距离目标值的误差值约略在正、负百分之三十左右的离子束即可，然，可以理解的，依据不同的机器控制，误差值亦会有所不同，其并不限于百分之三十；接着，进行一调整离子束扫描速率步骤，此步骤包括：取得离子束的浓度分布(S10)；取得靶材所需植入离子的浓度分布(S20)；以及，计算离子束的一扫描束率曲线(S30)；最后，将离子束中的离子依扫描速率曲线植入靶材(S70)。于一实施例中，扫描速率曲线的计算针对所读出的离子束的浓度分布与靶材所需植入离子数量的浓度分布经由运算而得。

[0063] 接续上述说明，在离子植入靶材前，更包括判断计算出的扫描速率曲线是否落入一有效区间值内(S40)。于一实施例中，倘若扫描速率曲线超出有效区间，则更包括一调整步骤，用以调整离子束的浓度分布(S50)。于一实施例中，调整步骤微调离子束浓度分布，其后，重复步骤S10、S20及S30，重新计算出离子束扫描速率后以进行离子植入作业。于此实施例中，当离子植入时，需旋转靶材以达到离子剂量浓度分布不均匀的需求及达到符合不同预定剂量分布的效果。

[0064] 于此实施例中，由于一开始所提供的离子束不需要是离子浓度分布非常均匀的离子束，故在离子植入装置产生离子束时，可有效缩短离子束制作时间。一般来说，为产生离子浓度均匀分布的离子束时，其距离均匀度目标值的误差值需保持在正、负百分之五内，故对浓度分布调校的时间上而言，相对于一般不需要均匀分布的离子束所花费的时间是要来的长的多，操作技术上也较难控制。惟，此处此实施例中只需提供距离均匀度目标值的误差值在正、负百分之三十内的离子束，皆可利用本发明的调整离子束扫描速率的方法，对靶材进行具有预定图案的非均匀剂量分布的离子植入。

[0065] 接续上述说明，以下即针对已知技术与本发明的离子植入方法的作一比较。

[0066] 请先参考图4、图11A(已知技术)、图11B(已知技术)、图11C、图11D及图11E，图4为一实施例的预定靶材所需植入离子剂量分布；图11A、图11B、图11C、图11D及图11E为依据不同离子植入方法所呈现的剂量分布图。其中，图11A所示为已知离子束依据线性等速扫描所形成的剂量分布图；而图11B所示为已知一种均匀离子束依据靶材所需植入离子剂量分布而产生不同扫描速度的方法所形成的剂量分布图；最后，图11C、图11D及图11E利用本发明的离子植入方法所产生的剂量分布图。由比较图11A(已知技术)、图11B(已知技术)、图11C、图11D及图11E可知，依照本发明的离子植入方法所产生的结果(图11C、图11D及图11E)，皆更贴近如图4所示的预定靶材所需植入离子剂量的分布。

[0067] 依据上述，本发明的特征之一是提供一特定的不均匀剂量分布，可与由前置作业中产生的几何尺寸不均匀作一互补效果以达成靶材内电子特性均匀分布的目的，且离子植入剂量的分布不限于任何几何图形的分布，例如可以是多边形。另，可以理解的是，上述方法可以于任何通用电脑系统或其他装置上完成；此外，亦可应用于具有特殊硬件设备的电脑系统。更甚者，此种离子植入方法亦可被实作为多个程式并被储存于任何电子装置可读取的储存媒体中，藉由电子装置载入、执行程式完成上述离子植入方法，其中电子装置可以是电脑，且程式不限于任何表现方式与任何程式语言。

[0068] 综合上述，本发明提供一种离子植入方法，利用制造特殊的N型或P型参杂剂量分布以补偿晶圆在前置作业制程中如微影、蚀刻所造成元件几何尺寸不均匀而导致晶圆内元件临界电压分布不均。且，本发明的离子植入方法不需同时以变速度扫描加上转动靶材即可达到特殊剂量离子分布的效果。又，因为不需要提供均匀离子束，可有效减少离子束浓度分布的调校时间，不仅如此，亦可减少制程所需时间，进而提高产能。此外，利用离子束浓度分布与靶材所需离子浓度分布的关系计算出离子束扫描速率，可使离子植入效果良好。

[0069] 以上所述的实施例仅为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使熟习此项技艺的人士能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以的限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的专利范围内。