TW201839812A - 離子佈植的方法 - Google Patents

Abstract

一種用以離子束佈植的方法被提出。這個方法提出使用具有相符於一個傾斜角度範圍的多重幾何方向的離子束的離子佈植。這個傾斜角度範圍可以被定義為被指定在這個傾斜角度範圍的劑量分佈。這個方法包含:獲得離子佈植參數，決定曝光步驟的次數，選擇相對應於曝光步驟的佈植參數，獲得佈植資料，定義第一佈植序列，根據第一佈植序列創造多重幾何方向佈植曝光序列，以及根據多重幾何方向離子曝光序列執行離子佈植。

Description

離子佈植的方法

本發明係有關於用以執行單一佈植將多數離子根據多重幾何方向(multiple geometric orientations)佈植到一晶圓的方法，這個多重幾何方向係相符於一系列的曝光步驟(exposure steps)其具有預定的(predetermined)傾斜角度、佈植劑量/劑量片段、晶圓轉動以及晶圓溫度。

在離子佈植與三維結構摻雜的領域，像是鰭狀場效電晶體(Fin Field-Effect Transistor)等晶圓結構的側壁(sidewall)摻雜，在進階模式執行摻雜與離子佈植是越發困難的，這是由於緊密的鰭片間距(Fin pitch)以及這樣結構所引發的高深寬比(aspect ratio)。這也有鰭狀結構的一個變異程度(degree of variation)，不論是局部的(local)與整個晶圓的(across the wafer)的，其與離子佈植角度可重複性允許量(repeatability tolerance)的結合導致了在使用離子束與晶圓間單一固定的傾斜角時的不良結果。

佈植種類(species)包括了原子的與分子的離子。在佈植能量低以及束電流有限的狀況，其可以特別有利於使用具有需要種類的多重原子的分子的離子，像是氟(fluorine)佈植使用的三氟化碳離子(SiF3+)(前導物為四氟化碳(SiF4)氣體)。

參考文件 Wan et al. (美國專利號碼 9,431,247)提供一個佈植方法，其提供與佈植一個整合發散束(Integrated Divergent Beam, IDB)進入到具有一或多個三維結構的工件(workpiece)或晶圓。這個整合發散束方法提供的整合發散束可以被垂直地佈植進入工件或是傾斜地佈植進入工件。

這個整合發散束方法受限於束交叉(beam crossover)所產生的角度，並且其調整是非常的困難且可重複性不好。這個整合發散束方法提供的傾斜角的範圍係在非常有限的範圍，並且在以角度為基礎的劑量分佈並沒有提供交替(alternation)。

為了解決這個問題，在不同傾斜角度的多重佈植可以被使用，但這樣做是高成本的當其需要更多的時間來運作離子佈植機。

為了解決此領域的上述問題，提出的發明提供使用相符於一個傾斜角度範圍的多重曝光序列/多重幾何方向的單一離子佈植的方法。這個傾斜角度的範圍可以沿著在傾斜角度範圍內指定的劑量分佈來定義。這個多重曝光序列/多重幾何方向途徑克服了先前技術的這些缺點並且允許完全控制可及的傾斜角度範圍以及分佈在這個傾斜角度範圍的劑量數量。其提供了對於在三維結構摻雜中由於幾何變化所引起的困難的幾何與製造(fabrication)的更有能力的解決方案。

在本發明的一個實施例，用以離子佈植一晶圓的這方法使用了平行的一維束，在此這個佈植是根據傾斜角度分佈範圍與其它參數在單一次佈植所完成，在此傾斜角度範圍與其它參數或是由使用者所輸入的或是選自預定的資料庫條目(database entries)。

在本發明的一個實施例，用以離子佈植的方法包含了這些步驟:獲得離子佈植參數，決定曝光步驟的次數，選擇相應於曝光步驟的佈植參數，獲得佈植資料，定義第一佈植陣列，根據第一佈植陣列創造多重幾何方向佈植曝光序列，以及根據離子佈植曝光序列執行離子佈植。

在本發明的一個實施例，定義第一佈植陣列的步驟包含:根據劑量片段、晶圓與離子束的相對角度、晶圓的方向以及晶圓的溫度創造離子佈植步驟的序列。

在本發明的一個實施例，佈植參數可以包含雙重模式(bi-mode)與四重模式(quad-mode)這兩種可以實現三維結構摻雜的晶圓傾斜/轉動。在一個實施例，雙重模式晶圓傾斜/轉動包含執行一半的離子佈植曝光垂直到晶圓，把晶圓轉動180度，然後再執行離子佈植曝光的第二半部分。

在本發明的一個實施例，離子佈植曝光的第一集合相對應到離子佈植曝光的第二部分。更限定地，相同數目的曝光步驟可以在第一方向(orientation)與第二方向被執行。第一方向的曝光步驟與第二方向的曝光步驟可以被配置到使用相同的參數集合。

這個方法允許離子佈植係根據曝光步驟被執行，並且每一個曝光步驟可以指定其各自的劑量片段、晶圓角度、晶圓方向、溫度與其它參數。藉由使用上述方法，多種的晶圓幾何與離子佈植需求可以被相符。

以下的描述與圖示是被揭露來更適當地了解所提出這個發明的優點。

所提出發明的幾個樣例實施例的面向，特徵和優點可以藉由下列的描述與相對應的圖示而得到較好的了解。對於習知技術者而言，在此所提出的本發明的這些描述的實施例僅僅是用來描述但並非用來限定，亦即僅僅用來舉例。在這個描述所揭露的所有特徵可以被可以實現相同或相等目標的可替代特徵所取代，除非有另外明確地表達。藉此，這些修改的許多其它實施例由此是仍被認為落於所提出發明的範圍如同在此被定義的與在此等效的。因此，絕對性項目的使用，像是，舉例來說，”將”，”將不”，”應該”，”應該不”，”必須”與”必須不”，並不意味著要限制所提出發明的範圍當所揭露的這些實施例僅僅係作為樣例的。

參考第一圖其顯示使用多重幾何方向離子束進行離子佈植的方法的流程圖。提出的發明所提供的離子佈植方法包含這些步驟:獲得標準/內建佈植參數S100，決定曝光次數S200，決定曝光序列S300，創造佈植曝光序列S400，以及根據佈植曝光序列執行離子佈植S500。

在本發明的一個實施例，S100包含或是從使用者輸入或是從記憶體獲得標準/內建佈植參數。佈植參數可以包含離子種類、離子能量、劑量、傾斜角度、內建標靶方向或/及標靶方向。在一個實施例，佈植參數可以更包含晶圓溫度與劑量比例。

佈植參數可以用來指示起始或內建指定:離子種類、離子能量、離子佈植總劑量、內建傾斜角度、內建晶圓方向與內建運作模式。

離子種類指示被用來佈植的離子的種類。在一個實施例，離子種類可以包含三氟化碳離子(SiF3+)(前導物為四氟化碳(SiF4)氣體)。其它的離子種類可以根據不同的佈植被使用。

離子能量與劑量指示在離子佈植中離子束的總能量與使用的離子數量。內建標靶方向決定晶圓相對於離子束一開始的方向。

在一個實施例，晶圓傾斜角度的測量是根據晶圓位置在第一軸及/或第二軸相對於離子束的位置的變化，而且晶圓方向的測量是根據相對於晶圓法線矢量(normal vector)或相對於垂直於晶圓平面的軸線的晶圓轉動。

佈植參數可以更包含一個參數陣列(或功能關係)其指示劑量、晶圓相對於離子束的角度、晶圓相對於離子束的方向、晶圓溫度和其他的晶圓相關參數。參數陣列可以是根據曝光次數而被關聯而成的。

佈植參數的數值可以是根據將被佈植的晶圓或基底的幾何而被決定的。

在本發明的一個實施例，S200包含決定離子佈植的曝光次數(the number of exposure)或曝光計數(exposure count)。曝光次數可以是根據使用者輸入或是來自於記憶體。在一個實施例，曝光次數指示在離子佈植步驟中有多少曝光步驟將被執行。

在另一個實施例，曝光次數可以是相應於離子佈植期間的時間點(time points)，而且介於任何被給的兩個時間點之間的持續時間或可以是常數的也或可以是變化的。曝光步驟可以對應到離子佈植過程的一個時間區間。

步驟S300包含獲得預定參數急陣列藉以創造多重曝光序列。在一個實施例，預定的參數陣列是自電腦系統的資料庫所獲得。在一個實施例，這個步驟更包含決定下列項目間的功能關係:劑量、晶圓相對於離子束的角度、晶圓相對於離子束的方向、晶圓溫度與其他的晶圓相關參數。

在一個實施例，參數陣列包含對於起始或內建佈植參數的一系列的修改集合。更多地，在決定曝光序列的步驟，這個方法可以在參數集合並沒有指定一個精確的指定時使用起始或內建參數。舉個例子，如果晶圓溫度並沒有在預定陣列中被定義，曝光序列參考內定佈植參數的內定晶圓溫度。

參考第二圖，一個樣例的參數陣列被提供。這個參數陣列將這個曝光步驟關聯到劑量片段、晶圓相對於離子束的角度、晶圓相對於離子束的方向以及晶圓溫度。晶圓片段係參考到使用離子束的佈植的總劑量的百分比、對應於在多重曝光離子佈植中晶圓傾斜的晶圓角度、參考到晶圓如何被相對於束被定方向的晶圓方向、以及指示在相對應曝光步驟中被固持晶圓的溫度的晶圓溫度。

在本發明的一個實施例，佈植劑量可以被分佈在傾斜角度範圍中。佈植劑量可以被選擇地配置藉以均勻地分佈或是在每一個指定的傾斜角度被調整。舉例來說，一個較淺的晶圓角度可以被配置來接收較低百分比的總劑量。習知技術者應該認知其它的佈植劑量可以根據晶圓幾何以及離子佈植需要而被指定。

在本發明的一個實施例，這個傾斜變異(tilt variation)可以是在離散步驟(舉例，按角度)，或它也可以是在晶圓掃描過程中連續的傾斜變異。舉例來說，這個傾斜變異可以是在相鄰的曝光步驟以五度為增加單位，或著在傾斜角度的連續範圍被執行。

在一個實施例，參數陣列可以在晶圓傾斜及/或方向對應到雙重模式或四重模式。在這雙重模式晶圓傾斜/方向對應到執行一半的離子佈植曝光垂直到晶圓，轉動晶圓方向180度，以及執行第二半的離子佈植曝光。習知技術者將認知在此描述的角度次數只是樣例的實施例而且其它的晶圓方向可以根據晶圓幾何與離子佈植需要而被使用。

在本發明的一個實施例，離子佈植曝光的第一集合對應到離佈植曝光的第二集合。更精確地，相同數目的曝光步驟可以在第一方向和在第二方向被執行。具有第一方向的曝光步驟與具有第二方向的曝光步驟可以被配置到使用相同的參數集合。

參考第三圖，可以用在雙重模式傾斜/方向離子佈植的一個樣例的參數陣列被提出。這個曝光步驟對應到第一集合或模式，和曝光步驟的第二集合或模式。

在第三圖，曝光步驟的第一集合包含曝光步驟1~5，而曝光步驟的第二集合包含曝光步驟6~10。在曝光步驟6，晶圓方向將被轉動180度。在第三圖，曝光步驟第一集合的參數對應到曝光步驟第二集合的參數。舉例來說，曝光步驟6包含與曝光步驟1相同的劑量片段與晶圓傾斜角度。

相似地，在四重模式傾斜/方向離子佈植，晶圓方向可以被轉動90度，而且曝光步驟可以被分割為四個集合的曝光步驟。習知技術者將認知在此描述的角度次數只是樣例的實施例而且其它的晶圓方向可以根據晶圓幾何與離子佈植需要而被使用。

在一個實施例，晶圓方向的轉動係由雙重模式或四重模式傾斜/方向離子佈植所決定並可以被根據晶圓的佈植需要被配置。

參考第一圖，步驟S400包含創造對應到步驟S300的參數陣列的多重曝光序列。這個多重幾何方向曝光序列包含離子佈植裝置使用的一個指令集合。

在步驟S500，離子佈植係根據多重曝光序列被執行。執行佈植的離子束佈植系統可以包含離子佈植裝置其包含控制電路、離子束源、晶圓的傾斜/轉動載台、和溫度控制器。控制電路可以讀取多重幾何方向曝光序列以及根據參數陣列的曝光步驟執行離子佈植。

於是，參考第二圖與第三圖，離子佈植是根據相關聯到第一曝光步驟的晶圓角度、劑量片段、晶圓方向與溫度被執行。每一個接續的步驟疊替地使用多重幾何方向曝光序列的參數陣列。

在離子佈植過程，劑量片段指示在一個曝光步驟中總離子劑量被佈植的百分比。劑量片段可以在離子束曝光過程中藉由控制離子束能量而被調節。

附帶地，在離子佈植程序的每一個曝光步驟，晶圓是根據由多重幾何方向曝光序列和相對應曝光步驟所指定的晶圓角度被相對於離子束被傾斜。相似地，晶圓溫度也可以在每一個曝光步驟根據多重幾何方向曝光序列所限定的溫度被調節。

在一個實施例，離子佈植可以藉由內插(interpolate)參數陣列被連續地執行或根據參數陣列在離散(discrete)曝光步驟被執行。舉例來說，當第三圖的曝光步驟是不連續的，離子佈植可以執行曝光步驟1和曝光步驟2的附加線性內插(linear interpolation)來計算在曝光步驟1和曝光步驟2間持續時間的連續離子佈植可以使用的劑量片段、晶圓傾斜角度和溫度。

在一個實施例，離子佈植可以使用具有需要種類的多重原子的離子，像是在氟佈植用的三氟化矽(SiF3+)((前導物為四氟化碳(SiF4))。

在一個實施例，離子束診斷(diagnostics)，像是決定束角度擴展，可以被整合來決定佈植角度的真正分佈。佈植角度的真正分佈可以在步驟S500被計量，使得傾斜佈植角度和劑量分佈更好地符合需要的由參數陣列所指定佈植角度/劑量範圍。

在一個實施例，束診斷可以與佈植報告被整合藉以在離子佈植後提供關於離子角度在晶圓上分佈的訊息以及關聯到元件結果。這訊息可以被儲存到記憶體藉以在後續的離子佈植被取用以及被用來在後續的離子佈植調整參數陣列來較好地最佳化多重幾何方向佈植曝光序列的性能。

在一個實施例，離子佈植可以使用束診斷訊息來修改多重幾何方向曝光序列藉以補償元件和晶圓變動進而在許多不同批次的晶圓獲得更一致的離子佈植。

在一個實施例，以多重曝光序列使用離子束的離子佈植方法可以被離子佈植裝置所執行。這個裝置可以包含處理器、非暫時性儲存媒體(non-transitory storage media)、硬體或軟體的使用者輸入介面、離子束源與放置晶圓的載台。

參考第四圖，本方法的另一個實施例被顯示。相似到第一圖，步驟S100包含從使用者輸入或記憶體獲得內建佈植參數。佈植參數可以包含離子種類、離子能量、劑量、傾斜角度、內建的標靶方向或/及標靶方向。在一個實施例，佈植參數可以更包含晶圓溫度與劑量比例。

佈植參數可以被用來指示起始或內建集合，其包含離子種類、離子能量、離子佈植的總劑量、內建傾斜角度、內建晶圓方向與內建運作模式。

在本發明的一個實施例，S200包含決定離子佈植的曝光次數。曝光次數可以根據使用者輸入或來自記憶體。在一個實施例，曝光次數指示在離子佈植步驟有多少曝光步驟將執行。

更多地，當在步驟S200決定的曝光次數包含單一曝光，步驟S401被執行。步驟S401包含根據內建佈植參數創造單一曝光序列。

當曝光次數大於一時，步驟S300與S400被執行，其係分別地相等於第一圖的步驟S300與S400。

在曝光序列在步驟S400或S401被創造後，步驟S500被執行。當曝光序列是單一曝光序列，離子束被根據佈植參數被配置來執行單一曝光。當曝光序列示多重曝光序列，步驟S500是相等於第一圖的步驟S500。

總結，本發明提出使用多重幾何方向離子束的離子佈植方法。這個方法決定離子束曝光用的參數，其包含劑量片段、傾斜角與晶圓方向。這個方法相對於離子束傾斜與轉動晶圓藉以允許完全控制可及的傾斜角度範圍與分佈在這個傾斜角度範圍的劑量數量。本發明提供對於在三維結構摻雜中由於幾何變化所引起的困難的幾何與製造(fabrication)的更有能力的解決方案。

當本發明已經以目前考慮為最實際與最偏好的實施例描述，必須暸解的是本發明並不需要受限於上述的實施例。相對地，其係意圖覆蓋在隨附的申請專利範圍的精神與範圍的不同的修改與相似的安排，其係符合最寬廣的解釋來環繞所有如此的修改與相似的結構。

S100‧‧‧步驟

S200‧‧‧步驟

S300‧‧‧步驟

S400‧‧‧步驟

S401‧‧‧步驟

S500‧‧‧步驟

［第一圖］是使用多重幾何方向離子束的離子佈植方法的流程圖； ［第二圖］是包含使用多重幾何方向離子束的離子佈植方法所使用參數陣列的表格； ［第三圖］是使用多重幾何方向離子束的離子佈植方法所使用參數陣列的樣例表格； ［第四圖］是使用多重幾何方向離子束的離子佈植方法的另一個實施例的流程圖。

Claims (16)

1. 一種使用多重幾何方向將離子佈植至一晶片的方法，包含： 獲得一內建參數； 決定一曝光計數； 獲得一第一佈植參數集合； 產生一多重幾何方向佈植曝光序列，其係根據該曝光計數、該內建參數與該第一佈植參數集合，在此該多重幾何方向佈植曝光序列包含多數個曝光步驟；以及 佈植離子至該晶片，其係根據該多重幾何方向佈植曝光序列； 在此，每一個該曝光步驟指定用以佈植離子的一離子束的一劑量百分比、一晶圓角度與一晶圓方向。
2. 如申請專利範圍第1項所述的方法，在此該內建參數包含在該離子佈植被使用的一離子種類、該離子束的一能量、一總劑量以及一內建晶圓方向。
3. 如申請專利範圍第2項所述的方法，在此該第一佈植參數集合包含該晶圓的一標靶溫度和一劑量比例。
4. 如申請專利範圍第1項所述的方法，在此該第一佈植參數集合係取用自一記憶體。
5. 如申請專利範圍第1項所述的方法，在此該第一佈植參數集合是根據一使用者輸入被指定。
6. 如申請專利範圍第1項所述的方法，在此當佈植離子的步驟是被執行在一連續步驟，該佈植離子步驟更包含： 在每個該曝光步驟之間執行該劑量百分比、該晶圓角度和該晶圓方向的一內插；以及 根據該內插佈植離子。
7. 一種使用多重幾何方向將離子佈植至一晶片的方法，包含： 獲得一內建參數； 決定一曝光計數； 獲得一第一佈植參數集合； 決定一方向模式，在此該方向模式包含一第一晶圓方向和一第二晶圓方向； 產生一多重幾何方向佈植曝光序列，其係根據該曝光計數、該內建參數、該第一佈植參數集合與該方向模式，在此該多重幾何方向佈植曝光序列包含對應到該第一晶圓方向的第一多數曝光步驟的一第一陣列以及對應到該第二晶圓方向的第二多數曝光步驟的一第二陣列；以及 佈植離子至該晶片，其係根據該多重幾何方向佈植曝光序列； 在此，每一個該曝光步驟指定用以佈植離子的一離子束的一劑量百分比、一晶圓角度與該晶圓方向。
8. 如申請專利範圍第7項所述的方法，在此該內建參數包含在該離子佈植被使用的一離子種類、該離子束的一能量、一總劑量以及一內建晶圓方向。
9. 如申請專利範圍第8項所述的方法，在此該第一佈植參數集合包含該晶圓的一標靶溫度和一劑量比例。
10. 如申請專利範圍第7項所述的方法，在此該第一佈植參數集合係取用自一記憶體。
11. 如申請專利範圍第7項所述的方法，在此該第一佈植參數集合是根據一使用者輸入被指定。
12. 如申請專利範圍第7項所述的方法，在此當佈植離子的該步驟是被執行在一連續模式，該佈植離子步驟更包含： 在每個曝光步驟之間執行該劑量百分比、該晶圓角度和該晶圓方向的一內插；以及 根據該內插佈植離子。
13. 如申請專利範圍第7項所述的方法，在此當該方向模式包含一雙重模式，該第一晶圓方和該第二晶圓方向係藉由該晶圓的一第一轉動而不同，而且該第一多數曝光步驟和該第二多數曝光步驟指定劑量百分比與晶圓角度的一相同序列。
14. 如申請專利範圍第13項所述的方法，在該晶圓的該第一轉動包含轉動該晶圓方向180度。
15. 如申請專利範圍第7項所述的方法，在此當該方向模式包含一四重模式，該運作模式更包含一第三晶圓方向和一第四晶圓方向，以及該多重幾何方向曝光序列更包含： 一第三陣列對應到該第三晶圓方向和一第四陣列對應到該第四晶圓方向，該第三陣列包含一第三多數曝光步驟和該第一佈植參數集合，以及該第四陣列包含一第四多數曝光步驟和該第一鋪植參數集合； 在此，該第一晶圓方向、該第二晶圓方向、該第三晶圓方向和該第四晶圓方向係藉由該晶圓的一第一轉動而有所不同，以及該第一多數曝光步驟和該第二多數曝光步驟指定劑量百分比和晶圓角度的一相同序列。
16. 如申請專利範圍第15項所述的方法，在該晶圓的該第一轉動包含轉動該晶圓方向90度。