TWI281692B - Ion implantation apparatus and method - Google Patents

Description

1281692 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種離子植入裝置及方法。 【先前技術】 - —般而言’在製造半導體元件（晶片）時，藉由通用製程 ' 纟—單個或複數個半導體基板上同時形成複數個半導體元 件。因為半導體元件必需具有相同的產品特徵（例如，相同 %電特徵)’所以其-般係藉由在相同條件下在一半導體某 板之所有元㈣—執行各個= 力一万面，在（例如）Jpn· Α 阀茶第 2000-3881 號中揭示之離子植入裝置中，一 „ 千导體基板之該等區域之 0的特徵差異係藉由在相同條件下在該等區域中植入離子 來抑制。然而，仍存有在其他處理中造成的 :下，雖然處理係在區域之單元中執行，但是諸如植二 =及㈣料之加速能量的條件在料導體基板之該 #區域之間係相同。 【發明内容】 根據本發明之一第一能揭 弟心樣知供一種離子植入裝置，直 :括：-離子發射單元’其經組態以在不同條件下向至少: 一基板之複數個區域發射離子；一 丞板固持早7L，其經組 心以固持該基板且相對於該離子發 掷斗 雕丁〜射早凡所發射之離子改 受U至少一基板的位置· 一計管 置 冲t早兀，其經組態以基於該 …之母-個的預先輸入之校正資訊為該等區域中之 100984.doc 1281692 個準備—校正處理條件，該校正處理條件係藉由校正 用於離子發射之標準處理條件而獲彳m制器，宜 控制該離子發射單- 〆、 持早兀，以在校正處理條 下向忒專區域中之每一個發射離子。 根據本發明之―第：態樣，提供—種離子植人方法，立 能w條件下向至少—基板之複數魅域發射 離子之離子植入裝置中，該方法包括：基於該等區域中之 2個的預先輸入之校正資訊為該等區域中之每一個準備 -校正處理條件’該校正處理條件係藉由校正—用於離子 =之標準處理條件而獲得；及在該校正處理條件下向該 等區域中之每一個發射離子。 【實施方式】 如先前所述，需要於—半導體基板之各個區域中形成之 广導體元件的製成產品特徵統一。若製成半導體元件之該 等特徵的差異超過一允許範圍’則認為該等半導體元件有 缺陷並因此淘汰其，此導致生產成本的增加。 目前，除JPn. Pat· Appln.公開案第·〇_3881號中揭示之 該離子植入裝置、及曝光裝置外，半導體製造裝置一般在 相同條件下處理一單個或複數個半導體基板。理想地 該（該等）半導體基板之該等各個區域經受相同處理，則可在 該等區域中獲得相同結果。然而，實際上，該等區域中存 在處理結果之差異。除非在一隨後處理中藉由變化抵銷因 素（varlati〇n-0ffsetting fact〇r)抵銷該等差異否則其將作為 製成產品之間的特徵差異而存在，此會減少產品之產量。 100984.doc 1281692 如Jpn· Pat. Appln.公開案第2〇〇〇_3881號中揭示之該離子 植入裝置、及曝光裝置可在不同條件下處理一半導體基板 之各個區域。然而，目前，僅在一試驗製造階段中，在不 同條件下處理一半導體基板之該等各個區域，以便研究各 - 條件及特徵等。因此，即使在此狀況下，製成產品之該 等特徵難免有變化。 將多照附圖详細描述本發明之一實施例。在以下描述 鲁中相同的參考數字指示大體上具有相同功能及結構之類 似組件，且僅在必要時才給出重複解釋。 (第一實施例） 圖1係說明根據本發明之一第一實施例的離子植入裝置1 之基本部分的示意方塊圖。如自圖1可見，該離子植入裝置 已s離子發射單元u、孔徑隙縫（aperture sm) 12、晶圓 載物:（基板固持單元口3、控制器14及計算單元15。一待處 理之半導體基板（基板）16被置放在該晶圓載物台13上。雖然 # 圖1僅展不了一個待處理之基板16,但是可將複數個基板16 置放在該晶圓载物台13上。 該離子發射單元U以一預定植入角向該基板16發射一離 子束更具體言之，該離子發射單元1丨產生一離子束17、 將該離子束17分成一能夠到達該待處理之該基板之一預定 區域的尺寸、使形成該被分散離子束之該等離子的軌道平 行且將該離子束17引至該待處理基板16。該離子發射單元 匕3 (例如）一離子束產生器21及準直儀磁鐵22。 4離子束產生器2丨具有一離子源、分析器磁鐵、加速管、 100984.doc 1281692 < ’ 4校正處理條件係使用該特準處理條件及關於該基 ^之各區域的平面内狀態資訊來準備。該控制器14控制 錢子發射單元u及該晶圓載物台13，以使得離子可在該 等相應的校正處理條件下被植入該基板16之各區域。 · 向该計算單元15提供稍後描述之用於準備校正處理條件 ' 之平面内狀態資訊。該平面内狀態資訊指示在一製程(諸如 *刻製程、曝光製程、沉積製程及在該離子植入製程之前 _ &彳了之另-離子植人製程）中造成之各基㈣之該等區域 2間的狀m。該等狀態變化可能係在—或多次處理中 =成。料算單;^15基於各基板16之各區域之平面内狀態 資訊來準備校正資訊，且將其提供給該控制器14。在圖！ 中:該控制器u及該計算單元15係以執行各自功能之方塊 的形f來表示。或者，其可藉由-單個元件或程式來實現。 為等硬數個區域意謂下列區域··若在由該離子植入裝置i 執仃之忒離子植入製程之前的該製程係用於依次處理該等

籲 I板叫皁個基板處理）之製程，則該等區域指示各基板W 之彼等區域。在此狀況下，可獲得指示各基板此各區域 的平面内狀態資訊，且可準備能減少該等區域之間的狀態 變化的校正處理條件。 ^ =比，下’若在由該離子植入裝執行之離子植入製程 之則的该製程係用於同時處理複數個該等基板叫批式處 里）之。裝私，則該等區域指示所有基板16之彼等區域。此 外’區:或可指示不同基板16之該等區域，其中變化不會發 生在單個基板處理中，但會發生在相同座標上的不同基 100984.doc 1281692 板16中。意即，以上提及之“區域“在該說明書中最可能指 示所有基板16之所有區域。 現使用一些實例來說明該平面内狀態資訊。 第一’在（例如）一沈積製程中產生之膜厚度存在差異。 . 在此狀況下，根據膜的厚度來調整植入離子之量及加速度 ' 等。若離子係在相同條件下透過不同厚度的膜被植入，則 要改變植入該半導體基板16或一於該基板16上形成之摻雜 0 層中的離子（雜質）之量。更具體言之，如圖2A及2B所示， 若離子係透過一薄膜32被植入，則植入離子之量要大於離 子透過一厚膜31而植入之狀況下的量。此外，在該等兩種 狀況之間，該基板16之該表面的峰值雜質濃度的位置係不 同的。在圖2A及2B中，就實線曲線而言，水平轴線指示沿 該基板16之深度方向的雜質濃度。為抑制該雜質濃度之分 佈的該等變化，執行校正以降低該離子加速度(參看圖2。 或減少該薄膜中離子之劑量（參看圖犯）。因此，該等分佈 φ變得更接近於圖2A之分佈。此外，可增加該厚膜中之離子 加速度及/或量。 第二’該平面内狀態資訊可係曝光製程及_製程中發 生之圖案寬度的變化。例如’如圖咖中所示，綱 -圖案（絕緣膜33)用作-遮罩來植人離子時，圖案寬度” 變化使有植入離子之雜質區域34之面積發生變化。因此， 在自其中有植入離子之該雜皙「七 ώ , 貝&域34之該雜質濃度確定配

線阻抗時，若料係在相同條件下植人，則 W

較寬處之配線阻抗較低。相比 案寬度W 之下，该圖案寬度W較窄處 100984.doc 1281692 之配線阻抗較高。因Λ，在該圖案寬度臂較窄處要增加植 入離子之量（劑量）以減小該配線阻抗。另外，在該圖案寬度 w較寬處要減少植人離子之量以避免該配線之較高阻抗。 第三，該平面内狀態資訊可係一在由該離子植入裝置i 執灯之》亥離子植入製程之前執行的另一離子植入製程中確 定的雜質濃度。例如，存在一狀況：在一如圖4中所示之牌 42的形成期間，不同區域中之雜f濃度可改變。在此狀況 下，-閘電極43下之一通道區域44的雜質濃度受到該等變 化之影響。為減少該等變化，用於使離子植入該通道區域 44中以調整該臨限電壓的該等條件係、在區域之單元㈣) 中根據5亥阱42之雜質濃度來校正。對於擴張層…及源極層 /汲極層41b之雜質濃度可執行類似的校正。 、更具體言之’若該_之傳導性類型與待植人該通道區 域44中之該等離子的傳導性類型相同，則離子被以高於標 準劑量之劑量植入具有一低於一所需濃度雜質濃度的該區 域中，且離子被以低於標準劑量之劑量植入具有一高於一 所需濃度雜質濃度的該區域中。另一方面，若該 導性類型不同於待植入該通道區域44中之該等離子的傳導 性類型，則將較高劑量之離子植入一較高雜質濃度區域 中’且將較低劑量之離子植入一較低雜質漢度區域中。 在根據本發明之該第一實施例的該離子植入裝置中，離 子係在為各區域確定之校正處理條件下被植入一單個或複 數個該等基板】6之各區域。該等校正處理條件係藉由校正 在该（該等）基板16之該等區域之間無狀態變化時所用之該 J00984.doc -12- 1281692 等心準處理條件而獲得，該校正係基於在由本發明之該離 ^植入裝置執行之該處理之前造成的該（等）基板16之該等 區域之間的狀態變化。因此，在該離子植入製程中，可校 口先七處理中造成之該等區域之間的狀態變化。因此， 可大量生產具有小的特徵差異範圍之半導體元件。 (弟一貫施例） 在該第-實施財’校正處理條件係基於在該離子植入 襄淨王之别即刻假定之該基板】6之各區域的狀態來確定。相 比之下，在一第二實施例中，校正處理條件係基於一先前 製成之半導體元件之特徵來確定。 該第二實施例之該離子植入裝置具有一類似於該第一實 施例之結構。在該第二實施例中’一先前製成之半導體元 件的特徵（諸如電晶體臨限電M、元件阻抗及$漏電流则 作平面内狀態資訊。因此，在該第二實施例中，要量測該 基板16之各區域之電晶體臨限電壓、阻抗及$漏電流等。 製成產品之間的特徵會存在差異係因為各種半導體製造 t紅之、、Ό果之間的特徵差異。由於不同製程中的差異可能 被抵鎖或增長’難以確定應校正何種差異。然而管起 因為何’可能在適合各區域之條件下執行離子植入以減少 製成產品之間的實際存在之特徵差異。為此，離子植入係 在不同條件下基於δ亥等先前製成之產品的該等特徵在區域 間執行’該等先前製成之產品所用之該等處理與本階段所 用之處理相同。 在不同條件下在區 現將給出一特定實例之描述，其中 100984.doc -13- 1281692

域間執行將離子植人__通道區域中以校正該等區域之間的 -電晶體之臨限電壓的變化。圖5以實例展示對應於各個區 域之預先獲得的製成產品之該等電晶體臨限電壓。更具體 言之’圖5展示一實例’其中在六個基板中之每一個上形成 個晶片。如自圖5中可瞭解的，視該等基㈣而定，臨限 電壓變化在該等相同位置之該等晶片之間發生，且臨限電 塵變化亦在各基板16上之不同晶片（區域）之間發生。圖神 所不之臨限電壓資訊被輸入至該計算單元1 $。 園叫貫例展示臨限電麼比植入離子之量的變化率。該變 化率：預先輸入至該計算單元15中。使用該變化率及臨限 電Μ貝A ’ ^异皁几15計算出相對於一標準處理條件（禪 準離子植入條件）的各晶片之一校正係數，以減少晶片之間 的私限電壓變化。圖7以實例展示由此獲得之校正係數。如 圖7中所不，將—超過校正係數值1(未執行校正，意即，利 用標準處理條件)的校正係數賦予具有較低臨限電塵之曰 片’而將一低於該校正係數值1的校正係數賦予具有較二 限電壓之晶片。圖7展干# fx^^ α 7展不使用圖5中之各晶片 壓所獲得之計算結果。 °限電 該控制器吨㈣子植人，以便將標 正係數而獲得之_定| 料采权 展示在如上所述之二=各區域(各晶片)中。圖8 4之°亥經杈正之離子植入製程中形成的雷曰 體之間的臨限電星變化，及在使用相同條件之—標準離= 植入製程中形成的電晶體之間的臨限 之’在使㈣條件的—植购巾，獲t 100984.doc 1281692 個基板上形成之具有不同閘極長度的電晶體之間的臨限電 壓薆化。此外，在該第二實施例中使用之該經校正之離子 植入製程中，獲得於四個基板上形成之具有不同閘極長度 的電晶體之間的臨限電壓變化。由圖8可明顯看出，在標準 離子植入製程中，該等三個基板中之每一個上的31個晶片 之間的臨限電壓變化（最大值與最小值之間的差額）在1〇至 15 mV之一高範圍内下降。相比之下，在該經校正之離子植 入製程中，該等四個基板中之每一個上的3丨個晶片之間的 臨限電壓變化在10 mV或更小的一低範圍内下降，且該等變 化之平均值被減少至該標準植入製程之變化平均值的約 1/2。 如上所述，在該第二實施例之該離子植入裝置中，離子 係在為該等區域準備之各自校正處理條件下被植入一單個 或複數個基板16之該等區域。該校正處理條件係基於先前 製造之半導體元件之間的特徵差異而準備。該等製成產品 _ 之間的5亥專特徵差異係根據一單個或複數個半導體製造製 程中導致之該等區域之間的彼等特徵差異來確定。因此， 可能難以確定何種處理變化係需最終校正之變化的原因。 然而，在該第二實施例中，要預先量測製成產品之間的特 徵差異，且在可直接校正該等經量測之特徵差異處執行一 杈正植入處理。此意謂著可容易地校正該等特徵差異，此 可在一小的特徵差異範圍内實現半導體元件的大規模生 產。 該第二實施例可與該第一實施例組合。在此狀況下：（例 100984.doc -15- 1281692 如)在7第一半導體元件製造製程中，以該第-實施例中之 方式校正-基板之該等區域之間的狀態變化，其係在使用 =離子植人裂置隱行該植人離子處理之前造成。之後 仔關於该弟—次提及之處理後的該處理(或該等處理)中掣 成之半導體元件之該等特徵的資訊。此資訊用以在一第二 ^製程中執行詩半導體元件製造的離子植人。關於該 _:成產叩之資訊係自該第二製造製程獲得且被用於一第 三製造製程中。重複該等製程序列以減少半導體元件 的特徵差異。 彼等熟習此項技術者可容易地想到額外的優點及修正。 因此’本發明具其廣泛態樣之不限於本文中展示及描述之 该等具體細節及代表性實施例。因此，可作出各種修正而 =離由所附中請專利範圍及其均等物所界定之—般的創 造性概念之精神或範疇。 【圖式簡單說明】 圖1係-說明根據本發明之一第一實施例之—離子植入 凌置的基本部分的示意方塊圖； 圖2A、2B、2C、2D、3A、3B及4係用於解釋校正處理條 件之準傷的視圖； 圖5係—以實例說明對應於半導體基板之該等區域的半 導體元件之電晶體臨限電壓的圖表； 圖6係一以一實例說明該臨限電壓比植入離子之量的變 化率的圖表； 圖7係-說明應用於一標準處理條件之校正係數實例的 100984.doc -16· 1281692 視圖，且 臨限電壓之變 圖8係一說明在標準植入及校正植入期間 化的實例的圖表。 【主要元件符號說明】

1 離子植入裝置 11 離子發射單元 12 孔徑隙縫 13 晶圓載物台（基板固持單元） 14 控制器 15 計算單元 16 待處理之半導體基板（基板） 17 離子束 21 離子束產生器 22 準直儀磁鐵 31 厚膜 32 薄膜 33 絕緣膜 34 雜質區域 41a 擴張層 41b 源極層/沒極層 42 阱 43 閘電極 44 通道區域 W 圖案寬度 100984.doc 17

Claims (1)

128 谈9^11407 號專利_||案 ^ ^~ '^! 中文申凊專利範圍替換本⑼年5月）年〒月必日修、正本 十、申請專利範圍·· --- 1· 一種離子植入.裝置，包括·· 離子赉射單元，其經組態以在不同條件下向至少一 基板之複數個區域發射離子，· 士-基板固持單元，其經組態以固持該基板且相對於該 離子發射單元所發射之該等離子來改變該至少一基板之 。丨升早兀，其 Ά T心母一個之 預先輪入的校正資訊而準備一該等區域中之每一個之 正處理條件，該校正處理條件係藉由校正—用於離= 射之標準處理條件而獲得；及 Λ _ 7控制器，其控制該離子發射單元及該基板固持單 70，以在該校正處理條件下向該等區域中之 = 該等離子。 個發射 2.如請求们之裝置，其中該校正資訊係基於該至少 之该等區域中之每一個在哕箄 土反 狀態。 # 1固在㈣離子發射之前所假定之一 3·如請求们之裝置，其中該校正 入梦番+ 貝Λ係基於使用該離子植 又 至少一基板之區域中預製之半導體元# ^ 徵。 丁 ▼蔽7Μ牛的特 4· Γ求項1之裝置，其中該等區域係一單個基板之不同區 5.員1之裝置，其中該等區域係複數個基板中之每一 相同位置上的區域。 100984-950515.d〇, 1281692 6.如請求項】之裝置，其中 上开 ΙΓΓ發射單元在該校正處理條件下透過—於該基板 膜向δ亥基板發射離子，且 :校正處理條件包含根據該膜之一厚度與—所需厚度 Β的差頜而設定之加速度或劑量。 7·如請求項〗之裝置，其中 上2子發射單元在該校正處理條件下透過—於該基板 y之膜向該基板發射離子， 離子係在該標準處理條件下透過 膜而發射，且 J而/子度之4 =正處理條件包含：低於該標準處理條件之加速度 1::’在：條件下離子係透過薄於-所需厚度之該膜 天或南於該標準處理條件之加速度或劑量，在此 “件下離子係透過厚於—所需厚度之該膜而發射。 8.如請求項1之裝置，其中 、違離子發射單元在該校正處理條件下向該基板之一區 或么射離子’ 4區域係藉由一於該基板上形成之膜來界 定，且 4杈正處理條件包含根據該區域之一尺i 一 寸之間的差額而設定之劑量。 ^ 9.如請求項1之裝置，其中 該離子發射單元向該基板之一區域發射離子，該區域 係藉由一於該基板上形成之膜來界定， 離子係在該標準處理條件下發射至具有—所需尺寸之 100984-950515.doc 1281692 該區域，且 違板正處理條件包含：高於該標準處理條件之劑量， 在此條件下離子被發射至小於一所需尺寸之該區域，或 低於忒標準處理條件之劑量，在此條件下離子被發射至 大於一所需尺寸之該區域。 10.如請求項1之裝置，其中 «亥離子發射單元在該校正處理條件下向該基板之一區 域發射離子，該區域先前已被植入雜質，且 忒杈正處理條件包含根據該區域之傳導性類型與該等 離子之傳導性類型之間的關係及該區域之該等雜質的濃 度與該等雜質之-所需濃度之間的差額而設定之劑量。 11 ·如請求項1之裝置，其中 該離子發射裝置向該基板之一區域發射離子，該區域 先丽已被植入與該等離子傳導性類型相同之雜質，

離子係在該標準處理條件下被發射至具有該等雜質之 一所需濃度之該區域，且 、 該校正處理條件包含··高於該標準處理條件之劑量， 在此條件下離子被發射至雜f濃度低於_所需雜質濃度 之忒區域’或低於該標準處理條件之劑量，在此條件下 離子被發射至雜質濃度高於一所需雜質濃度之該區域。 12·種離子植入方法，其用於一能夠在不同條件下向至少 一基板之複數個區域發射離子之離子植入裝置中， 法包含·· 〜万 基於δ亥荨區域中之每一個 的預先輸入之校正資訊為該 100984-950515.doc 1281692 等區域中之每一個準備—校正 件係藉由校正-用於離子發射的標準處理::正處理條 及 干爽理條件而獲得； 在該校正處理條件下向該等區 離子。 _中之母—個發射該等 13,如請求項12之方法，其中準 含： 亥杈正處理條件之步驟包

14. —別入狀態資訊，其指示該至少_基板之該等 母一個在發射該等離子之前假定之—狀態；及—中之 基於該狀態資訊校正該標準處理條件。 如請求初之方法，其中準備該校正條件之步驟包含. 輸入狀態資訊，其指示使用該離子植入裳置在至少一 基板之區域中預製之半導體元件的特徵；及 基於該狀態資訊校正該標準處理條件。 15.

如請求項12之方法，其中該等區域係 區域，且發射該等離子之步驟包含向 寺離子 〇 一單個基板之不同 該單個基板發射該 請求項12之方法’其中該等區域係、複數個基板中之每 一個之一相同位置上的區域，且發射該等離子之步驟包 含向該等複數個基板發射該等離子。 17.如請求項12之方法，其中發射該等離子之步驟包含：以 根據該膜之一厚度與一所需厚度之間的差額而設定之加 速度或劑量，透過一於該基板上形成之膜向該基板發射 離子。 100984-950515.doc 1281692 18·如請求項12之方法，其中發射該等離子之步驟包含··以 根據該區域之一尺寸與一所需尺寸之間的差額而設定之 劑ϊ向該基板之一區域發射離子，該區域係藉由一於該 基板上形成之膜來界定。

19·如請求項12之方法，其中發射該等離子之步驟包含：以 一劑量向一先前被植入雜質之區域發射離子，該劑量係 根據該區域之傳導性類型與該等離子之傳導性類型之間 的關係及該區域中該等雜質之一濃度與該等雜質之一所 需濃度之間的差額而設定。

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