批处理式离子注入方法与流程

1.本技术涉及半导体制造领域，具体涉及一种批处理式离子注入方法。


背景技术：

2.离子注入工艺是半导体制造中的关键工艺之一，离子注入在离子注入机上进行。离子注入工艺必须在规定的真空范围内完成，当注入工艺腔内的真空超出规定范围，离子注入机就会停止工艺，等待注入工艺腔内真空回到规定范围内后继续进行工艺。带光刻胶的晶圆在离子注入的前期会产生并释放大量气体，令注入工艺腔的真空超出规定范围。
3.批处理式离子注入机每批次可以处理多枚晶圆，比如13枚(8寸gsd系列)，带光刻胶的晶圆在离子注入时放气而中断注入的问题，在批处理式离子注入机上尤为突出。当晶圆表面光刻胶占比达到80％以上时，由于工艺腔内真空问题，单道注入工艺会产生40至100次的注入中断。
4.过多的注入中断会导致2个问题：1、中断导致工艺时间增加，影响产能；2、中断次数过多导致法拉第(faraday)部件机械运动次数过多，增加颗粒风险。


技术实现要素：

5.为了解决相关技术中的问题，本技术提供了一种批处理式离子注入方法。该技术方案如下：
6.一方面，本技术实施例提供了一种批处理式离子注入方法，该方法包括：
7.将晶圆传送至批处理离子注入机的工艺腔内，晶圆表面涂布有光刻胶；
8.对晶圆进行第一步离子注入，令晶圆表面的光刻胶释放气体，且批处理离子注入机的工艺腔内的气压在预定范围内；
9.当批处理离子注入机的工艺腔内的气压满足气压稳定条件时，对晶圆进行第二步离子注入；
10.其中，第一步离子注入时的束流小于第二步离子注入时的束流，第一步离子注入时的注入剂量小于第二步离子注入时的注入剂量，第一步离子注入的注入剂量与第二步离子注入的注入剂量之和等于目标剂量。
11.可选的，第一步离子注入的注入能量和第二步离子注入的注入能量相同。
12.可选的，气压稳定条件为气压达到预定压力且持续预定时间。
13.可选的，在进行第一步离子注入和第二步离子注入时，监控批处理离子注入机的工艺腔内的气压。
14.可选的，第一步离子注入时的注入剂量为目标剂量的5％，第二步离子注入时的注入剂量为目标剂量的95％。
15.可选的，第一步离子注入时的束流大小为1ma至2ma。
16.可选的，在进行第一步离子注入和第二步离子注入时，通过泵组抽出批处理离子注入机的工艺腔内的气体。
17.本技术技术方案，至少包括如下优点：
18.通过将涂有光刻胶的晶圆传送至批处理离子注入机的工艺腔内，对晶圆进行第一步离子注入，令晶圆表面的光刻胶释放气体，且批处理离子注入机的工艺腔内的气压在预定范围内，当批处理离子注入机的工艺腔内的气压满足预定稳定条件时，对晶圆进行第二步离子注入，第一步离子注入时的束流小于第二步离子注入时的束流，第一步离子注入时的注入剂量小于第二步离子注入时的注入剂量，第一离子注入的剂量与第二步离子注入的注入剂量之和等于目标剂量；通过在第一步离子注入时采用小束流，第二步离子注入时采用大束流，避免离子注入过程中机台出现注入中断，解决了目前批处理离子注入机台在单道注入时容易出现多次注入中断，影响产能、增加产品缺陷风险的问题；达到了减少离子注入时间，改善颗粒缺陷的效果。
附图说明
19.为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是本技术实施例提供的一种批处理式离子注入方法的流程图。
具体实施方式
21.下面将结合附图，对本技术中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。
22.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
23.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
24.此外，下面所描述的本技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
25.请参考图1，其示出了本技术实施例提供的一种批处理式离子注入方法的流程图，该方法至少包括如下步骤：
26.步骤101，将晶圆传送至批处理离子注入机的工艺腔内，晶圆表面涂布有光刻胶。
27.在晶圆进行离子注入之前，通过光刻工艺在晶圆表面定义离子注入区域；将涂布
光刻胶的晶圆传送至批处理离子注入机的工艺腔内，且将晶圆传送至靶盘上。
28.步骤102，对晶圆进行第一步离子注入，令晶圆表面的光刻胶释放气体，且批处理离子注入机的工艺腔内的气压在预定范围内。
29.在晶圆带胶注入的前期，光刻胶放气比较剧烈，放气速度大于对工艺腔的抽气速度，会导致工艺腔内的气压上升，若工艺腔内的气压超出预定范围，则会导致离子注入中断。
30.预定范围是预先设定的，根据离子注入工艺的工艺条件确定。预定范围为保证批处理离子注入机正常进行离子注入工艺的气压范围。
31.由于离子注入的注入剂量是以离子的电荷量来计算的，若离子注入工艺腔内真空不良会导致离子束和腔内气体分子发生碰撞，部分离子会在碰撞过程中得到或失去电子，进而导致计算得到的注入剂量不准确，影响离子注入效果。因此，需要控制工艺腔内真空范围。
32.一般情况下，设置起始注入的真空上限和注入过程中的真空上限。在准备进行离子注入时，检测工艺腔内的真空值是否小于起始注入的真空上限，若检测到工艺腔内的真空值小于起始注入的真空上限，则开始离子注入，并在离子注入过程中监控工艺腔内的真空值；若在离子注入过程中，工艺腔内的真空值大于注入过程中的真空上限，则停止离子注入，直到工艺腔内的真空值重新小于起始注入的真空上限，再继续进行离子注入；若在离子注入过程中，工艺腔内的真空值小于注入过程中的真空上限，则继续进行离子注入。
33.在一个例子中，起始注入的真空上限为3e
‑
5torr，注入过程中的真空上限为8e
‑
5torr。
34.由于离子注入的束流越大，光刻胶放气速度越快，束流越小，光刻胶放气速度越慢，为了避免出现注入中断，将单步离子注入改进为分步离子注入，在第一步离子注入过程中，降低离子注入时的束流大小，令带胶注入前期工艺腔内的气压保持在预定范围内。
35.步骤103，当批处理离子注入机的工艺腔内的气压满足气压稳定条件时，对晶圆进行第二步离子注入。
36.分步离子注入不中断离子注入过程，通过在离子注入过程中切换离子注入的工艺参数实现对每步离子注入的区分。
37.当光刻胶的放气速度与工艺腔的抽气速度达到平衡时，工艺腔内的气压稳定，对晶圆进行第二步离子注入。
38.气压稳定条件是预先设定的。
39.其中，第一步离子注入时的束流小于第二步离子注入时的束流，第一步离子注入时的注入剂量小于第二步离子注入时的注入剂量，第一步离子注入的注入剂量与第二步离子注入的注入剂量之和等于目标剂量。
40.离子注入的目标剂量是根据工艺需求预先设定的。
41.在第二步离子注入时，放气速度相较于第一步离子注入时的放气速度降低，光刻胶的放气量也大幅减少，在第二步离子注入过程中放气速度和抽气速度可以保证平衡，因此采用大束流注入。
42.综上所述，本技术实施例提供的批处理离子注入方法，通过将涂有光刻胶的晶圆传送至批处理离子注入机的工艺腔内，对晶圆进行第一步离子注入，令晶圆表面的光刻胶
释放气体，且批处理离子注入机的工艺腔内的气压在预定范围内，当批处理离子注入机的工艺腔内的气压满足预定稳定条件时，对晶圆进行第二步离子注入，第一步离子注入时的束流小于第二步离子注入时的束流，第一步离子注入时的注入剂量小于第二步离子注入时的注入剂量，第一离子注入的剂量与第二步离子注入的注入剂量之和等于目标剂量；通过在第一步离子注入时采用小束流，第二步离子注入时采用大束流，避免离子注入过程中机台出现注入中断，解决了目前批处理离子注入机台在单道注入时容易出现多次注入中断，影响产能、增加产品缺陷风险的问题；达到了减少离子注入时间，改善颗粒缺陷的效果。
43.在基于图1所示实施例的可选实施例中，第一步离子注入的注入能量和第二步离子注入的注入能量相同。
44.在基于图1所示实施例的可选实施例中，气压稳定条件为气压达到预定压力且持续预定时间。
45.预定压力和预定时间是预先设定的。
46.可选的，预定压力为某一压力范围或某一压力值，预定压力在预定范围内。预定范围根据离子注入工艺的工艺条件确定。
47.在一个例子中，气压稳定条件为气压小于5e
‑
5torr且持续30s。
48.在基于图1所示实施例的可选实施例中，在进行第一步离子注入和第二步离子注入时，监控批处理离子注入机的工艺腔内的气压。
49.在离子注入过程中，监控批处理离子注入机的工艺腔内的气压，根据监控的气压，确定进行第二步离子注入的时机。
50.在基于图1所示实施例的可选实施例中，在进行第一步离子注入和第二步离子注入时，通过泵组抽出批处理离子注入机的工艺腔内的气体。
51.在离子注入过程中，由于光刻胶放气，为了保证批处理离子注入机的工艺腔内的气压在预定范围内，需要从工艺腔内抽气。
52.在一个例子中，第一步离子注入时的注入剂量为目标剂量的5％，第二步离子注入时的注入剂量为目标剂量的95％。
53.在一个例子中，第一步离子注入时的束流大小为1ma至2ma。
54.在一个例子中，现有的批处理式离子注入的单道注入工艺参数如表1：
55.表1
56.离子源注入能量注入剂量束流大小as 80kev6e15ions/cm
‑27ma
57.在表1所示的单步注入过程中，注入中断次数达几十次，每批晶圆的注入平均时间为1h17min02s。
58.利用本技术实施例提供的方法，将该批处理式离子注入改进为2步离子注入，每步离子注入的工艺参数如表2：
59.表2
[0060][0061]
在表2所示的分步注入过程中，几乎不出现注入中断，每批晶圆的注入平均时间为1h02min55s。与现有的单步注入相比，注入时间降低了18.3％。此外，分步注入过程中产生的颗粒缺陷相比单步注入过程中产生的颗粒缺陷也得到了改善。
[0062]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本技术创造的保护范围之中。